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Querverweis
auf verwandte Anmeldung
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Die
vorliegende Anmeldung ist eine Teilfortsetzung der Anmeldung mit
dem Aktenzeichen 08/631 583, angemeldet am 12. April 1996.
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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Drehschieber-Betätigungsanordnung
und einen Verbindungsmechanismus für eine Betätigungsanordnung und speziell
eine vereinfachte Betätigungsanordnung,
die billiger herstellbar ist und weniger Platz einnimmt als bekannte
Betätigungs-
und Verbindungseinrichtungen.
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Hintergrund
der Erfindung
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Beim
Gebrauch von drehbetätigten
Absperrorganen wie etwa Drehstopfenventilen und Klappen ist es üblich, einen
Betätiger
zu verwenden, der eine lineare Betätigerbewegung in eine Drehbewegung auflöst. Diese
Drehbewegung wird genutzt, um den Ventilkörper oder -stopfen zu öffnen und
zu schließen.
Ein solcher Drehschieber ist in der
US-PS
5 305 987 von Baumann gezeigt und beschrieben. In dieser Patentschrift
ist am Ende der Welle ein Verbindungsmechanismus vorgesehen. Dieser
Verbindungsmechanismus ist mit einer linearen Betätigungsvorrichtung
verbunden. Solche Betätiger
haben häufig
große
mechanische Gehäuse,
die Luft empfangen und die Translation der linearen Betätigerkomponente durch
Zusammenwirken mit einer aufgerollten Membran verursachen, die sich
in Abhängigkeit
von aufgebrachtem Druck bewegt. Das Gehäuse ist relativ zu dem Ventilgehäuse von
einem großen
Rahmen abgestützt,
der Raum bietet, so daß sich
die erforderlichen Verbindungseinrichtungen bewegen können.
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Die
vorstehend umrissene Vorgehensweise für den Aufbau einer Drehschiebereinheit
ist zwar effektiv, erfordert jedoch für die Betätigungsvorrichtung recht viel
Platz um das eigentliche Ventilgehäuse herum. Ebenso ist die Betätigungsvorrichtung
relativ komplex und somit teuer in der Fertigung und Wartung. Die
Wartung selber ist schwierig, weil das Ge häuse unter dem Druck einer langen
Kompressionsfeder zusammengebaut und demontiert werden muß. Montage
und Demontage erfordern die jeweilige Anbringung bzw. Entfernung
mehrerer Gewindebolzen und anderer Komponenten.
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Ferner
hat man erkannt, daß die
Verbindungseinrichtungen, die eine lineare Translationsbewegung
in eine Drehbewegung der Welle auflösen, häufig Totgang bzw. Spiel aufweisen
und/oder nur schwer auf einer Welle anbringbar sind. Viele Drehschieberwellen
haben quadratischen Querschnitt, der Totgang erzeugen kann, wenn
die Verbindungseinrichtung größenmäßig nicht
präzise
auf die Welle abgestimmt ist. Eine Keilwelle würde zwar den Totgang verringern,
jedoch die Wahrscheinlichkeit einer Fehlausfluchtung der Verbindungseinrichtung
erhöhen,
da die Verbindungseinrichtung in vielen Drehorientierungen positioniert
werden kann. Ein quadratischer Querschnitt verstärkt jedoch die Möglichkeit von
Spiel zwischen der Verbindungseinrichtung und der Welle, da die
Verbindungseinrichtung gedieht wird, um ihrerseits die Welle zu
drehen. Die Verwendung von Stellschrauben oder komplexen Klemmeinrichtungen
zur Erhöhung
der Festigkeit zwischen der Verbindungseinrichtung und der Welle
ist zwar vorgeschlagen worden, aber diese Konstruktionen erhöhen nur
die Komplexität
der Verbindung zwischen den Komponenten und steigern damit die Kosten
in bezug auf die Montagezeit für
ein Ventil. Die
US-PS 4 345 850 von
Baumann zeigt eine neue Drehschieber-Verbindungsanordnung, bei der
in jedem von zwei gegenüberliegenden
Armen Momente erzeugt werden, die die beiden Arme in sicheren Eingriff
mit dem quadratischen Wellenende "zwingen". Die Anwendung dieser Verbindungsanordnung
ist auf Fälle beschränkt, bei
denen die beiden Arme in relativ großer Nähe zueinander sind, da die
Arme aufeinander einwirken müssen,
um das erforderliche Moment für einen
sicheren Eingriff zu erzeugen. Es ist somit erwünscht, eine Verbindungseinrichtung
vorzusehen, die fest mit einer Welle in Eingriff ist und dennoch
einen größeren Abstand
zwischen Armabschnitten ermöglicht.
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Drehbetätigungsanordnungen
dieser Axt sind aus den Dokumenten
DE
2 134 489 und WO 9739269 bekannt.
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Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Drehschieber-Betätigungsanordnung anzugeben,
die zuverlässig
ist, einfach zu warten ist und weniger Raum als eine eher konventionelle
Betätigungsanordnung
einnimmt. Der Betätiger
sollte mit verschiedenen Arten von Drehschiebern verwendbar sein
und eine Rotation in jeder von entgegenge setzten Richtungen mit
relativer Genauigkeit ermöglichen.
Der Betätiger
sollte ein ausreichendes Drehmoment erzeugen, um die meisten Ventile
kleiner bis mittlerer Größe zu betätigen. Eine
Verbindungseinrichtung, die gemeinsam mit dem Betätigen verwendet
werden kann, sollte einen sicheren Eingriff mit einer quadratischen
oder anders geformten Welle ermöglichen,
wenn zwei oder mehr Arme der Verbindungseinrichtung in einem vorbestimmten
Abstand voneinander vorgesehen sind.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung wird eine Drehschieber-Betätigungsanordnung
gemäß dem Anspruch
1 angegeben.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform weist
die Verbindungseinrichtung erste und zweite Armanordnungen auf,
die an den Welle angebracht und mit gegenüberliegenden Seiten des Kolbens
gekoppelt sind. Der Verbindungsbolzen gleitet in dem Schlitz der
Verbindungsarme, während
sich der Kolben innerhalb des rohrförmigen Gehäuses bewegt.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der Erfindung wird eine Drehschieber-Betätigungsanordnung
gemäß dem Anspruch
5 angegeben.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform weist
die Verbindungseinrichtung erste und zweite Armanordnungen auf,
die einen ersten bzw. einen zweiten Verbindungsarm aufweisen, die
an der Welle an gegenüberliegenden
Seiten des Sperrelements angebracht sind. Das Sperrelement hat eine
erste und eine zweite Ausnehmung. Die Mittel zum Aufbringen einer
Kraft weisen Mittel auf, um die Kragen in die Ausnehmungen in dem
Sperrelement zu pressen, so daß die
radial bewegbaren Bereiche der Kragen mit der Welle in Eingriff
gepreßt
und der erste und zweite Verbindungsarm an der Welle festgelegt werden.
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Bei
einer ersten Ausführungsform
weisen die Mittel zum Pressen einen Anschlag an der Welle zum Eingriff
mit dem ersten Verbindungsarm und ein einstellbares Befestigungselement
an der Welle zum Eingriff mit dem zweiten Verbindungsarm auf. Die Einstellung
des einstellbaren Befestigungselements bewirkt, daß die Kragen
an dem ersten und dem zweiten Verbindungsarm in die Ausnehmungen
in dem Sperrelement gepreßt
werden. Bei einer zweiten Ausführungsform
weisen die Mittel zum Pressen eine oder mehrere einstell bare Koppeleinrichtungen auf.
Jede einstellbare Koppeleinrichtung weist ein Koppelelement auf,
das an gegenüberliegenden
Enden davon Gewindelöcher
hat, wobei ein erstes einstellbares Befestigungselement zwischen
den ersten Verbindungsarm und das Koppelelement gekoppelt ist und
ein zweites einstellbares Befestigungselement zwischen den zweiten
Verbindungsarm und das Koppelelement gekoppelt ist. Die Einstellung
des ersten oder des zweiten einstellbaren Befestigungselements bewirkt,
daß die
Kragen an dem ersten und zweiten Verbindungsarm in die Ausnehmungen
in dem Sperrelement gepreßt
werden.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
vorstehenden sowie weitere Ziele und Vorteile der Erfindung ergeben
sich unter Bezugnahme auf die nachstehende genaue Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen,
die in den Zeichnungen dargestellt sind. Diese zeigen in:
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1 eine Perspektivansicht
einer Drehschieber- und Betätigungsanordnung;
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2 eine teilweise perspektivische
offene Ansicht der Betätigungsanordnung
von 1;
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3 eine offene Perspektivansicht
der Betätigungsanordnung,
wobei die Orientierung des Betätigers
umgekehrt ist;
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4 einen seitlichen Querschnitt
der Betätigungsanordnung
entlang der Linie 4-4 von 2;
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5 einen weiteren Querschnitt der Betätigungsanordnung,
wobei die relativen Positionen des Betätigexkolbens und der Verbindungseinrichtung
zu sehen sind;
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6 einen frontalen Querschnitt
der Betätigungsanordnung
entlang der Linie 6-6 von 5;
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7 einen Teilquerschnitt
der Verbindungseinrichtung zum Gebrauch mit der Betätigungsanordnung;
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8A, 8B und 8C Teilquerschnitte
von Achsen und zugehörigen
Verbindungseinrichtungen entlang der Linie 8-8 von 7; und
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9 eine teils schematische
Explosionsansicht eines Verbindungseinrichtungs- und Keilsystems zum Gebrauch mit einer
Welle mit quadratischem Querschnitt;
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10 eine teilweise Querschnittsansicht
einer Betätigungsanordnung
gemäß der Erfindung;
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11 eine Teilquerschnittsansicht
des Betätigers,
wobei die Betätigerbewegung
gezeigt ist;
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12 eine Querschnittsansicht
der Betätigungsanordnung
entlang der Linie 12-12 von 11;
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13 eine Teilquerschnittsansicht
der Betätigungsanordnung
der 10 bis 12, wobei eine erste Konfiguration
der Wellensperreinrichtung gezeigt ist;
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14 eine Teilquerschnittsansicht
der Betätigungsanordnung
der 10 bis 12, wobei eine zweite Konfiguration
der Wellensperreinrichtung gezeigt ist; und
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15 eine teilweise Querschnittsansicht von
oben auf die Betätigungsanordnung,
wobei die Wellensperreinrichtung von 13 gezeigt
ist.
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Genaue Beschreibung
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1 zeigt in Form einer Übersicht
eine Drehschieber- und Betätigungsanordnung
zum Zweck der Veranschaulichung. Das Ventilgehäuse 20 kann jede Axt
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 Schieberelements reguliert. Das Ventil 20 ist über eine
Flanschanordnung 26 mit der Betätigungsanordnung 28 der
vorliegenden Erfindung verbunden. Die Betätigungsanordnung 30 weist
ein Gehäuse 30 auf,
das eine vordere Hälfte 32 und
eine hintere Hälfte 34 hat.
Die hintere Hälfte
ist mit der Flanschanordnung 26 in Eingriff. Das Gehäuse 30 kann
aus jedem geeigneten Material wie Aluminiumguß, Gußeisen oder rostfreiem Stahl
bestehen. Es kann unter Anwendung eines Gieß- oder Stanzverfahrens geformt
sein; eine relativ genaue Passung der vorderen und hinteren Hälfte 32 und 34 ist
zwar erwünscht,
aber dieser Gehäusebereich
ist nicht unbedingt luftdicht, und daher können die verschiedensten billigen
Herstellungsverfahren angewandt werden.
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Eine
Override-/Endanschlagschraube 36 und ein Handrad 38 sind
vorgesehen. Die Schraube 36 kann in jedem von zwei mit
Gewinde versehenen Vorsprüngen 40 und 42 am
hinteren Bereich des Gehäuses
aufgenommen sein. Die Funktion der Schraube 36 wird später noch
beschrieben. Bei dieser Ausführungsform
sind die vordere und die hintere Hälfte 32 und 34 mittels
einer Serie von Flanschen 44, die Gewindebolzen 46 aufnehmen,
miteinander vereinigt. Die beiden Hälften 32 und 34 halten
zwischen sich das Betätigungselement 48 gemäß der Erfindung.
Das Betätigungselement 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 einer Flüssigkeit
wird genutzt, um die Bewegung des Betätigungselements 48 gemäß der vorliegenden
Erfindung zu steuern.
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Die
Relativbewegung des Betätigers
wird bei dieser Ausführungsform
durch eine Skala 54 und einen bewegbaren Zeiger 56 (1) angezeigt, der an einem
Ende der Verbindungsanordnung des Betätigers angebracht ist, die
im einzelnen in den 2 bis 6 zu sehen ist. In Bezug
auf die 2 bis 5, die nur der Veranschaulichung dienen,
ist die vordere Gehäusehälfte abgenommen
worden, um die inneren Abläufe
der Betätigungsanordnung
zu zeigen. Das Betätigungselement 48 ist
bei dieser Ausführungsform
aus einem nahtlosen Rohr geformt, das aus einem robusten Material
wie etwa rostfreiem Stahl besteht. Für diese Ausführungsform
kann verfügbares Rohrmaterial
verwendet werden, um die Kosten und die Fertigungszeit im Zusammenhang
mit dem Betätigungselement 48 zu
senken. Das Betätigungselement 48 weist
ein Paar von gegenüberliegenden
ausgefrästen Öffnungen 60 auf,
die das Innere des Rohrs freilegen. Ein Verbindungsmechanismus 62 ist durch
die gegenüberliegenden
ausgefrästen Öffnungen 60 hindurch
mit dem Betätigungselement 48 betriebsmäßig gekoppelt.
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Unter
weiterer Bezugnahme auf die 4 bis 6, die nur der Veranschaulichung
dienen, weist der Verbindungsmechanismus 62 ein Paar von
Armen 64 und 66 auf, die fest auf einer Vierkantwelle 68 sitzen.
Das Ende 70 der Welle 68 kann ein Gewinde aufweisen
(siehe 3), um eine Haltemutter 72 aufzunehmen,
wie 1 zeigt. Die Einrichtung
zum Befestigen der Arme 64 und 66 auf der Welle 68 wird weiter
unten beschrieben.
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Jeder
Arm 64, 66 weist einen zugehörigen Führungsblock 74 bzw. 76 auf.
Die Führungsblöcke sind
in dazu passenden Schlitzen 80 aufgenommen, die in die
Seitenwände
des Betätigungskolbens 82 der
vorliegenden Erfindung eingeformt sind. Wie 5 im
einzelnen zeigt, bewirkt eine Vorwärts- und Rückwärtsbewegung (Doppelpfeil 84)
des Kolbens 82 innerhalb des Betätigerrohrs eine entsprechende Drehbewegung
(gekrümmte
Pfeile 86) des Verbindungsmechanismus 62. Die
Blöcke 74 und 76 bewegen
sich entlang den jeweiligen Schlitzen 80, während sich
der Verbindungsmechanismus 62 dreht (siehe Doppelpfeile 88A in 5). Daher nehmen die Schlitze eine Lageänderung
des Arms in einer Richtung, die zu der Mittelachse des zylindrischen
Rohrs quer verläuft,
auf. Die Blöcke 74 und 76 sind
relativ zu ihren jeweiligen Armen 64 und 66 schwenkbar,
um die Bewegung entlang den Schlitzen 80 zu erleichtern.
Die Schwenkbewegung wird durch Verwendung von Schrauben 88 erreicht,
die relativ zu den Armenden 90 und 92 (6) frei drehbar sind. Der
Kolben ist bei dieser Ausführungsform
aus einem robusten Kunststoff wie Nylon oder Delrin® gebildet.
Diese Materialien sind selbstschmierend, so daß nur eine minimale Schmierung
des Kolbens relativ zu dem Rohr erforderlich ist. Der Kolben 82 weist
eine hohle Mitte auf, die an der Vorderseite 96 offen ist,
um eine Feder 98 aufzunehmen. Die Feder wirkt auf die Rückwand 100 des
Kolbens 82 und auf eine festgelegte Vorderwand 102 des
Rohrs. Die Federkonstante und die aufgebrachte Kraft der Feder relativ
zu dem Kolben sind so gewählt,
daß die
Federkraft überwunden
und der Kolben in eine vollständig
vorwärts
befindliche Position (103 in 5)
bewegt wird, wenn auf die Betätigungsanordnung
der maximale Druck aufgebracht wird. Bei dieser Ausführungsform
ist an einen Höchstdruck
von ungefähr
6,895 × 105 N/m2 (100 psi) gedacht,
der eine maximale Kraft von ungefähr 226,8 kg (500 pounds) in
dem Kolben und ein Drehmoment von ungefähr 3,103 × 105 N/m2 (450 inch pounds) erzeugt. Diese Werte
können
in Abhängigkeit
von Größe und Funktion
der Betätigungsanordnung
gemäß der Erfindung
geändert
werden.
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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
an der Innenwand des Rohrs damit in Eingriff. Durch Minimieren eines
Oberflächenkontakts
zwischen dem Kolben 82 und der Innenwand des Rohrs wird
die Reibung vermindert und die Gefahr eines Blockierens zwischen
Komponenten minimiert. Der hintere Ring 108 hat einen Durchmesser,
der ungefähr
um 1/16 (0,001588 m) kleiner als der Innendurchmesser des Rohrs
ist. Der äußere Ring 110 ist
hinsichtlich seines Durchmessers enger an den Innendurchmesser des
Rohrs angepaßt.
Die Öffnung 60 erhöht die Wahrscheinlichkeit
einer Verformung des Rohrs, und daher ergibt die enger angepaßte vordere
Ringanordnung 10 eine zusätzliche Abstützung des
Rohrs an seiner schwächsten
Stelle.
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Wie
oben erwähnt
wird, ist das Rohr des Betätigungselements 48 aus
einem nahtlosen rostfreien Stahlrohr hergestellt. Für das gezeigte
Ventil ist der Durchmesser des Rohrs ungefähr 0,10 m (4 inches). Die Wandstärke ist
ungefähr
0,001588 m (1/16 inch). Die vordere Endkappe 102 ist abnehmbar,
um das Innere des Elements 48 warten zu können. Ein
Sprengring 120 sitzt in einer in dem Rohr geformten Aussparung 122.
Die Aussparung hat hinreichende Tiefe, um zu verhindern, daß sich der
Sprengring in Axialrichtung aus der Rohröffnung bewegt. Die Endkappe 102,
die aus rostfreiem Stahl oder einem ähnlichen robusten Material
besteht, weist eine Schulter 124 auf, die gegen den Sprengring
wirkt. Wie in den 2 und 3 im einzelnen ersichtlich
ist, kann in ein Loch in der Endkappe eine Kunststoffkappe 126 eingebaut
sein. Die Endkappe 102 wird dadurch eingebaut und abgenommen,
daß die
Kappe gegen die Feder 98 nach innen vorgespannt wird, bis
sie sich an dem Sprengring 120 vorbeibewegt hat. Nachdem sich
die Endkappe 102 an dem Sprengring 120 vorbeibewegt
hat, kann sie relativ zu der Aussparung entfernt oder eingebaut
werden. Sprengringe mit großen
Durchmessern, wie sie gezeigt sind, sind von verschiedenen gewerblichen
Quellen in Deutschland und anderswo zu erhalten. Unter Federbelastung
ist es nicht möglich,
den Sprengring 120 zu lösen,
da die Umfangsschulter 125 der Kappe 102 fest
mit dem Innendurchmesser des Sprengrings in Eingriff ist, wodurch
verhindert wird, daß sich
der Sprengring nach radial innen aus der Aussparung 122 heraus
bewegt.
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Das
Betätigungselement 48 weist
ferner eine gegenüberliegende
Basiskappe 130 auf, die zu gewölbter Gestalt gegossen oder
geformt ist. Diese gewölbte
oder Haubengestalt unterstützt
die Aufrechterhaltung von hohem Druck. Eine Öffnung 132 bringt die
Fluidleitung 52 in Verbindung mit dem Inneren des Betätigungselements
in dem Bereich der Endkappe 130. Die Endkappe 130 ist
an dem Rohr durch eine plastisch verformte Endwand 134,
die in dem hinteren Ende des Rohrs geformt ist, dauerhaft befestigt.
Die verformte Endwand verhindert eine Axialbewegung der Endkappe 130 nach
außen
weg von dem Rohr. Geeignete Schweiß- oder Lötverbindungen können ebenfalls
zwischen dem Rohr und der Endkappe angebracht sein. Es ist allgemein
daran gedacht, daß die
Endkappe 130 eingepreßt
wird. Die Endkappe 130 weist einen ungefähr zylindrischen
Innenwandabschnitt 136 auf, der mit der Innenwand des Rohrs
in Eingriff ist. Der Innenwandabschnitt 136 weist eine
Ausnehmung 138 zur Aufnahme der Basis 140 auf,
die als Doppel einer statischen Radialdichtung einer Rollmembran 142 wirkt.
Die Rollmembran ist von vielen gewerblichen Quellen zu erhalten.
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 hinter dem Ring 108 ein. Wie 5 zeigt,
bewirkt Druck, daß die
Membran mit der hinteren Wand 100 des Kolbens 82 in
Berührung
gelangt, so daß der
Kolben vorwärts
zu der vorderen Endkappe 102 hin bewegt wird. Die Membran
bildet eine positive Fluiddichtung innerhalb des hinteren Teile
des Betätigungselements 48.
Somit ist die Betätigungs-
und Kolbenanordnung vor der Membran offen und nicht abgedichtet.
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Aus
dieser Beschreibung ist ersichtlich, daß das gezeigte und beschriebene
Betätigungselement 48 relativ
einfach gebaut und gewartet werden kann und weniger Raum als herkömmliche
Betätigungselemente
einnimmt. Es ist im wesentlichen frei von Schrauben oder anderen
Befestigungselementen aufgebaut und kann im Fall einer Beschädigung als entsorgungsfähig angesehen
werden. Eine Wartung der Betätigungsanordnung
ist jedoch über
die abnehmbare vordere Kappe 102 möglich, wie oben gesagt wird.
Zusätzlich
zu den oben beschriebenen Vorteilen zeigen die 2 und 3 die
weitere Vielseitigkeit der Betätigungsanordnung
gemäß der vorliegenden
Erfindung. Die Aussparung 122 benachbart der vorderen Kappe 102 dient
als Festlegering, der in entsprechenden Ausnehmungen 148 in
der hinteren Gehäusehälfte 34 sitzt
(2). Das Betätigungselement 48 ist
symmetrisch ausgebildet, so daß es
um 180° gedreht
und in einem gegenüberliegenden
Satz von Ausnehmungen 149 in der hinteren Gehäusehälfte 34 aufgenommen
sein kann (3). Somit kann
das Betätigungselement 48 so
positioniert sein, daß es
in jeder von entgegengesetzten Richtungen relativ zu dem Ventil
mittels eines einfachen Umlagerungsvorgangs betrieben werden kann.
Bei der vorliegenden Ausführungsform
kann der ungenutzte Satz von Ausnehmungen (z. B. die Ausnehmungen, die
nicht mit der vorderen Kappenanordnung in Eingriff sind) mit einem
O-Dichtring geeigneter Größe und Dicke
ausgefüllt
sein, so daß der
Mittelabschnitt des Betätigungselements 48 noch
fester sitzen kann.
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Der
obere Bereich des Verbindungsmechanismus 62 weist eine
Halteausbildung 150 auf, die gemeinsam mit den Armen 64 und 66 drehbar
ist (5). Die Halteausbildung weist
eine Rolle 152 auf, die die Reibung vermindert, wenn sie
mit den Gewindeanschlägen
in Eingriff gelangt, die in den Vorsprüngen 40 und 42 liegen.
Wie oben beschrieben wird, können
die Schraube 36 und eine gegenüberliegende Schraube (156 in 5), falls gewünscht, relativ zu ihren jeweiligen
Vorsprüngen 40 und 42 bewegt
werden, um die Endhaltepositionen des Verbindungsmechanismus 62 zu
definieren. Im übrigen
sind die Endhaltepositionen durch die kleinste und die größte Bewegungsstrecke
des Kolbens 82 innerhalb des Rohrs des Betätigungselements 48 definiert.
Die Schraube 36 kann auch als manuelles Override- bzw. Übersteuexungselement
bei einem Druckausfall dienen. Wenn die Schraube nach innen gedreht
wird, bewirkt sie, daß die
Halteausbildung 150 den Schaft 68 dreht, wodurch
der Ventilkörper (nicht
gezeigt) bewegt wird. Die Bewegung der Halteausbildung 150 überwindet
die von der Feder 98 aufgebrachte Kraft.
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Unter
Bezugnahme auf die 7 bis 9, die nur der Veranschaulichung
dienen, wird die Befestigungseinrichtung für einen Verbindungsmechanismus 62 gemäß der vorliegenden
Erfindung gezeigt und beschrieben. 7 zeigt
speziell die Anbringung des Verbindungsmechanismus 62 auf
einer Vierkantachse 68, die mit dem Ventilkörper eines
Drehschiebers (nicht gezeigt) verbunden ist. Bei der vorliegenden
Ausführungsform
ist der Vierkantbexeich der Achse 68 aus einem runden Schaft
mit größerem Durchmesser
geformt, wobei der runde Bereich 160 des Schafts eine Schulter 162 bildet,
an dem ein inneres Ende des Arms 64 anliegt. Das freie
Ende der Achse 68 ist bei dieser Ausführungsform gerundet und mit
einem Endabschnitt 70 versehen, der ein Gewinde zur Aufnahme
einer Mutter 72 hat. Die Länge des Vierkantbereichs der
Achse ist so gewählt,
daß die
Mutter 72 vollständig
angezogen werden kann, um auf den Verbindungsmechanismus 62 eine
Kraft (Pfeil 164) aufzubringen.
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Bei
dieser Ausführungsform
definiert die Halteausbildung 150 ein Mittelstück des Verbindungsmechanismus 62.
Sie weist ein Vierkantloch auf, das der Größe und Gestalt der Vierkantwelle 68 relativ eng
entspricht. Bei der vorliegenden Ausführungsform bilden gegenüberliegende
obere Schenkel der Halteausbildung 150 Keile 166,
die sich in entgegengesetzten Richtungen von der Halteausbildung
weg erstrecken. Speziell definieren die Keile 166 Ansätze, die
sich über
die Endwände 168 des
unteren Bereichs 170 der Halteausbildung 150 hinaus
erstrecken. Unter zusätzlicher
Bezugnahme auf die 8A und 9 weist jeder Arm 64 und 66 eine
jeweilige Anbringbasis bzw. ein Armende 174 bzw. 176 auf, in
denen ebenfalls jeweils ein Vierkantloch ausgebildet ist. Diese
Löcher
entsprechen der Größe und Gestalt
der Achse 68. Jedes Armende 174 und 176 weist
ferner eine nach innen weisende dreieckige Ausnehmung 180 auf,
die so bemessen und angeordnet ist, daß sie jeweils einen Keil 166 aufnimmt. Der
Winkel des Keils kann mehr oder weniger ungefähr 15° sein. Dieser Winkel kann in
Abhängigkeit vom
Anwendungsfall verschieden sein. Es wird erneut auf 7 Bezug genommen; durch Aufbringen von
Kraft (Pfeil 164) auf den Verbindungsmechanismus 62 werden
die gegenüberliegenden
Armenden 174 und 176 in Kompression (Pfeile 184 bzw.
186) an die Keile 166 der Halteausbildung 150 gepreßt. Da die
Keile und passenden Schlitze in den Armenden 174 und 176 abgewinkelt
sind, lösen
sie die Kompressionskraft (Pfeile 184 und 186)
in senkrechte Kraftkomponenten auf (Pfeile 194, 196 und 198),
die die Armenden 174 und 176 und die Halteausbildung 150 in
festen Eingriff mit den Abflachungen der Achse 68 treiben.
Je fester die Mutter 72 auf das Wellenende 70 gedieht
ist, um so stärker
ist der Eingriff der Komponenten des Verbindungsmechanismus mit den
Abflachungen der Achse 68. Solange die Wände der
Armenden 174 und 176 hinreichend robust ausgebildet
sind, kann auf die Verbindungskomponenten eine ganz erhebliche Arretierkraft
aufgebracht werden. Diese Arretiexkraft verringert ganz wesentlich die
Möglichkeit
eines Spiels, wenn die Arme 64 und 66 betätigt werden,
um die Achse 68 zu drehen.
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Es
ist zu beachten, daß,
wie 7 zeigt, zwischen
den Endwänden 168 der
Halteausbildung und den entsprechenden Endwänden 202 jedes Armendes 174 und 176 ein
Zwischenraum 200 vorgesehen sein sollte. Ohne einen solchen
Zwischenraum haben die Komponenten eventuell nicht genügend Platz,
um sich senkrecht in eine vollständige
Eingriffsposition mit den Abflachungen der Achse 68 zu bewegen.
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Es
wird deutlich, daß das
hier beschriebene Grundprinzip bei vielen verschiedenen Wellenformen anwendbar
ist. Es ist im allgemeinen erwünscht,
daß die
Welle mindestens eine Abflachung hat. Beispielsweise zeigen die 8B und 8C Wellen 268 und 368,
die rund bzw. hexagonal sind. Jede Welle 268 und 368 weist
mindestens eine Abflachung 290 bzw. 390 auf, auf
der ein Keil 266 bzw. 366 aufliegen kann. Die
jeweiligen Armenden 274 und 374 weisen ein Loch
auf, das der Gestalt der Welle mit einem entsprechend abgewinkelten
Ausschnitt 280 bzw. 380 zur Aufnahme des Keils 266 bzw. 366 entspricht. Ebenso
braucht der zentrale, den Keil tragende Bereich kein umgebendes
Gehäuse
mit einem Loch zur Aufnahme der Welle aufzuweisen. Statt dessen kann,
wie 9 zeigt, ein Mittelstück eine
einzige einstückige
Platte 208 mit an jedem Ende definierten Keilen 166 aufweisen.
Die Länge
der Platte 208 oder einer anderen Keile tragenden Ausbildung
ist endlos variabel, und somit können
die Arme in einem erheblichen Abstand voneinander gemäß der vorliegenden Erfindung
positioniert sein. Ferner weist die Welle zwar eine Widerlagerwand 162 auf,
aber Muttern oder andere Befestigungsmittel können an beiden Enden vorgesehen
sein und so eingestellt werden, daß die Kompressionskraft und
Lage des Verbindungsmechanismus entsprechend änderbar sind.
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Es
ist ersichtlich, daß die
hier beschriebene Armanbringeinrichtung es ermöglicht, daß die Arme und Wellen mit einer
etwas geringeren Toleranz gefertigt werden können, während dennoch eine relativ spielfreie
Passung erzielbar ist. Die Arme gemäß der vorliegenden Ausführungsform
können
unter Anwendung von Gußverfahren
oder anderen Formverfahren gefertigt sein.
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Eine
zweite Ausführungsform
eines Verbindungsmechanismus, der die Ventilbetätigungsanordnung und die Drehschieberachse
miteinander verbindet, ist in den 10 bis 14 gezeigt. Gleiche Elemente
in den 1 bis 14 haben die gleichen Bezugszeichen.
Der Verbindungsmechanismus weist einen Verbindungsarm 300,
einen Verbindungsarm 302 und ein Sperrelement 304 auf,
von denen jedes auf einer Drehschieberwelle 310 angebracht
ist. Der Verbindungsmechanismus weist ferner einen Verbindungsbolzen 312,
um den Verbindungsarm 300 mit dem Kolben 82 zu
verbinden, sowie einen Verbindungsbolzen 314 auf, um den
Verbindungsarm 302 mit dem Kolben 82 zu verbinden.
Wie 12 am besten zeigt,
sind die Verbindungsarme 300 und 302 an gegenüberliegenden
Seiten des Kolbens 82 positioniert und über die Verbindungsbolzen 312 und 314 durch Öffnungen 60 in
dem Betätigungselement 48 mit
dem Kolben 82 verbunden.
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Jeder
Verbindungsarm 300 und 302 weist ein Langloch 320 auf.
Jeder Verbindungsbolzen 312 und 314 weist einen
zylindrischen Bereich 322 auf, der in ein Loch in dem Kolben 82 eingreift,
sowie einen Armeingriffsbereich 324, der in das Langloch 320 in dem
jeweiligen Verbindungsarm eingreift. Die Verbindungsbolzen 312 und 314 können sich
in dem Kolben 82 frei drehen. Die Armeingriffsbereiche 324 der
Verbindungsbolzen 312 und 314 haben flache Seiten 326 und 328 und
sind in den Langlöchern 320 der
jeweiligen Verbindungsarme gleitbewegbar. Jeder Verbindungsbolzen 312 und 314 weist
ferner eine Schulter 330 zwischen dem zylindrischen Bereich 322 und dem
Armeingriffsbereich 324 auf. Die Schulter 330 hat
einen größeren Durchmesser
als der zylindrische Bereich 322 und hat einen größeren Durchmesser als
die Breite des Langlochs 320 in jedem Verbindungsarm. Infolgedessen
sind die Verbindungsbolzen 312 und 314 in ihrer
Lage zwischen den jeweiligen Verbindungsarmen und dem Kolben 82 gesichert,
ohne daß irgendwelche
Befestigungselemente erforderlich sind. Die Verbindungsbolzen 312 und 314 bestehen
bevorzugt aus Formkunststoff unter Verwendung von Nylon mit Schmiermittelfüllstoffen oder
aus einem Material, das unter dem Warennamen Peek® verkauft
wird. Es versteht sich jedoch, daß im Rahmen der Erfindung andere
Materialien verwendet werden können.
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Im
Gebrauch bewegt sich der Kolben 82 linear in dem Betätigungselement 48 als
Reaktion auf Fluiddruck, wie oben beschrieben wurde. Die Verbindungsbolzen 312 und 314 werden
von dem Kolben 82 entlang einer linearen Bahn 332 parallel
zu der Achse des Betätigungselements 48 mitgenommen, wie 11 zeigt. Da sich die Verbindungsbolzen 312 und 314 gemeinsam
mit dem Kolben 82 bewegen, bewirken sie, daß die jeweiligen
Verbindungsarme 300 und 302 den Ventilschaft 310 drehen.
Dabei gleiten die Armeingriffsbereiche 324 der Verbindungsbolzen 312 und 314 in
den Langlöchern 320 der
jeweiligen Verbindungsarme 300 und 302, und gleichzeitig drehen
sich die Verbindungsbolzen 312 und 314 in bezug
auf den Kolben 82, wie 11 zeigt.
Diese Konfiguration liefert ein konstantes Drehmoment ungeachtet
der Position des Betätigungselements,
weil die Distanz zwischen der Bahn, der die Verbindungsbolzen 312 und 314 folgen,
und der Drehachse des Schafts 310 konstant ist. Ferner
liefert diese Konfiguration ein größeres Drehmoment nahe den Enden der
Bewegung des Kolbens 82, als die in den 2 bis 6 gezeigte
und oben beschriebene Konfiguration.
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Das
Sperrelement 304 trägt
dazu bei, die Verbindungsarme 300 und 302 sicher
an der Ventilwelle 310 festzulegen. Wie 12 zeigt, weist der Verbindungsarm 300 einen
Kragen 340 auf, und der Verbindungsarm 302 weist
einen Kragen 342 auf. Jeder Kragen 340 und 342 ist
mit einer mittigen Bohrung 344 zur Aufnahme der Ventilwelle 310 und
mit axialen Schlitzen 348 ausgebildet, die radial bewegbare
Bereiche 350 und 352 definieren.
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Das
Sperrelement 304 weist eine zentrale Bohrung 360 zur
Aufnahme der Ventilwelle 310 sowie Ausnehmungen 362 und 364 an
gegenüberliegenden
Enden der Bohrung 360 auf. Die Ausnehmungen 362 und 364 haben
eine Gestalt, die mit der äußeren Gestalt
der Kragen 340 bzw. 342 komplementär ist. Bei
dem gezeigten Beispiel haben die Kragen 340 und 342 kegelstumpfförmige äußere Oberflächen, und
die Ausnehmungen 362 und 364 haben kegelstumpfförmige innere
Oberflächen.
Das Sperrelement 304 weist ferner eine Halteausbildung 370 auf, die
hinsichtlich Aufbau und Funktionsweise der Halteausbildung 150 gleicht,
die in den 2 bis 6 gezeigt und oben beschrieben
ist.
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Die
Ventilwelle 310 kann jede gewünschte Querschnittsgestalt
haben. Bei einer Konfiguration hat die Welle 310 quadratischen
bzw. Vierkantquerschnitt zumindest in dem Bereich der Verbindungsarme 300 und 302 und
des Sperrelements 304, wie die 10, 11 und 14 zeigen. Bei einer anderen
Konfiguration hat die Welle 310 Keilwellenkonfiguration
zumindest in dem Bereich der Verbindungsarme 300 und 302 und
des Sperrelements 304, wie die 12, 13 und 15 zeigen. Die Bohrungen
durch die Verbindungsarme 300 und 302 und das
Sperrelement sind so dimensioniert, daß sie die Ventilwelle 310 aufnehmen,
und ihre Gestalt ist mit derjenigen der Ventilwelle 310 komplementär.
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Der
Verbindungsmechanismus weist ferner ein oder mehr Elemente zum Aufbringen
einer Kraft auf die Verbindungsarme auf, so daß die Kragen 340 und 342 in
die Ausnehmungen 362 bzw. 364 gepreßt weiden
und die radial bewegbaren Bereiche 350 und 352 jedes
Kragens 340 und 342 in Eingriff mit der Ventilwelle 310 gepreßt werden.
Insbesondere wird eine Kraft auf die Verbindungsarme 300 und 302 in einer
Richtung aufgebracht, die parallel zu einer Achse 374 der
Ventilwelle 310 und in Richtung zu dem Sperrelement 304 ist.
Die verjüngten
Wände der
kegelstumpfförmigen
Ausnehmungen 362 und 364 in dem Sperrelement 304 bringen
Kräfte,
die radiale Komponenten haben, auf radial bewegbare Bereiche 350 und 362 jedes
Kragens 340 und 342 auf. Die radialen Kräfte bewirken,
daß die
radial bewegbaren Bereiche 350 und 352 in festem
Eingriff mit der Ventilwelle 310 festgelegt werden, so
daß im
Betrieb der Drehschieber-Betätigungsanordnung
kein Spiel bzw. keine andere Bewegung der Verbindungsarme 300 und 302 relativ
zu der Welle 310 auftritt.
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Bei
einer ersten Konfiguration einer Wellensperreinrichtung, die in 14 gezeigt ist, weisen die Elemente
zum Aufbringen einer Kraft auf die Verbindungsarme 300 und 302 entlang
der Achse 374 ein Widerlager 380 an der Ventilwelle 310,
das dem Verbindungsarm 302 benachbart ist, sowie ein einstellbares
Befestigungselement 382 an der Welle 310 dem Verbindungsarm 300 benachbart
auf. Das einstellbare Befestigungselement 382 kann eine
Mutter sein, die auf einem Gewindebereich der Ventilwelle 310 befestigt
ist. Wenn das einstellbare Element 382 angezogen wird,
wird der Verbindungsarm entlang der Achse 374 in Richtung
zu dem Sperrelement 304 gedrückt. Das Widerlager 380 verhindert
eine Axialbewegung des Verbindungsarms 302. Somit bringen das
einstellbare Element 382 und das Widerlager 380 gleiche
und entgegengesetzte axiale Kräfte
auf die Verbindungsarme 300 und 302 auf, und die
Kragen 340 und 342 werden in das Sperrelement 304 gepreßt. Bei
dieser ersten Konfiguration kann die Betätigungsanordnung in bezug auf
die Ventilwelle umgekehrt werden. Das Einstellelement 382 wird
entfernt, und die gesamte Anordnung wird von der Ventilwelle abgenommen
und umgedreht.
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Bei
einer zweiten Konfiguration einer Wellensperreinrichtung, die in
den 12, 13 und 15 zu
sehen ist, sind eine oder mehrere Einstelleinrichtungen zwischen
den Verbindungsarmen 300 und 302 befestigt. Diese
Ausführungsform
ist nicht von der Ausbildung der Ventilwelle 310 abhängig. Der
Verbindungsarm 300 ist mit Laschen 400 versehen,
die jeweils ein Loch zur Aufnahme eines einstellbaren Befestigungselements 402 wie
etwa eines Bolzens haben. Gleichermaßen ist der Verbindungsarm 302 mit
Laschen 404 versehen, die jeweils ein Loch zur Aufnahme
eines einstellbaren Befestigungselements 406 wie etwa eines
Bolzens haben. Ein Koppelelement 410 ist an jedem Ende
mit Gewinde versehen zur Aufnahme von einstellbaren Befestigungselementen 402 und 406.
Die einstellbaren Befestigungselemente 402 und 406 und
das Koppelelement 410 bilden die Einstelleinrichtung. Das
Koppelelement 410 kann flache äußere Oberflächen haben und in einer Ausnehmung
in dem Sperrelement 304 angeordnet sein. Diese Konfiguration
ermöglicht
es, daß sich
das Koppelelement 410 in Axialrichtung bewegt, während die einstellbaren
Befestigungselemente 402 und 406 eingestellt werden,
verhindert jedoch eine Rotation des Koppelelements 410 relativ
zu dem Sperrelement 304. Die einstellbaren Befestigungselemente 402 und 406 und
das Koppelelement 410 bewirken, daß die Verbindungsarme 300 und 302 zu
dem Sperrelement 304 hin gepreßt werden, wenn eines der einstellbaren
Befestigungselemente 402 oder 406 angezogen wird.
Das Betätigergehäuse weist Zugangslöcher 412 und 414 auf
(12), die den Zugang
zu den einstellbaren Befestigungselementen 402 bzw. 406 ermöglichen.
Bevorzugt sind zwei oder mehr Einstelleinrichtungen, die jeweils
zwei einstellbare Befestigungselemente 402, 406 und
ein Koppelelement 410 aufweisen, an gegenüberliegenden
Seiten der Ventilwelle 310 vorgesehen, wie in 15 gezeigt ist, um eine
gleichmäßige Kraft
entlang der Achse 374 sicherzustellen. Wenn die Befestigungselemente 402 oder 406 angezogen
werden, werden die Kragen 340 und 342 in das Sperrelement 304 gepreßt. Bei
dieser Konfiguration ist es nicht notwendig, daß die Welle 310 mit
der Schulter 380 versehen ist, und das Element 382 ist
nicht erforderlich.
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Wie
oben angegeben, ist die Betätigungsanordnung
der vorliegenden Erfindung in Bezug auf die Ventilwelle bevorzugt
umkehrbar. Die Einstelleinrichtung, die die einstellbaren Befestigungselemente 402 und 406 und
das Koppelelement 410 aufweist, ermöglicht es, daß die Verbindungsarme 300 und 302 in
Eingriff mit der Ventilwelle 310 arretiert weiden, wobei
der Betätigen
in seiner Normalposition oder in seiner umgekehrten Position ist.
In der einen Position wird das einstellbare Betätigungselement 402 durch das
Zugangsloch 412 eingestellt, um die Verbindungsarme 300 und 302 in
Eingriff mit der Ventilwelle 310 zu pressen. In der anderen
Position wird das einstellbare Befestigungselement 406 durch
das Zugangsloch 414 eingestellt, um die Verbindungsarme 300 und 302 in
Eingriff mit der Ventilwelle 310 zu pressen.
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Das
Vorstehende ist eine genaue Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen.
Gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
wird beispielsweise eine Rollmembran verwendet, aber diese kann
auch durch einen dichten Kolben ersetzt werden, wenn das erwünscht ist.
Größe und Gestalt
der Komponenten können
zum Gebrauch mit unterschiedlichen Drehschiebertypen geändert werden,
und die hier beschriebene Betätigungsanordnung
kann mit oder ohne die spezielle Verbindungseinrichtung verwendet
werden, die gezeigt und beschrieben wird. Ebenso kann die Verbindungseinrichtung
bei anderen Konstruktionen verwendet werden, wo es erwünscht ist,
Arme an Wellen mittels einer schnellen und kostengünstigen
Technik zu befestigen. Die vorliegende Beschreibung ist daher nur
beispielhaft und schränkt den
Umfang der Erfindung nicht ein.