DE102007057220A1

DE102007057220A1 - Mechanismus zum Betätigen von Klappen, Ventilen und anderen mit Zu- und Aufhaltemoment beaufschlagten Einrichtungen

Info

Publication number: DE102007057220A1
Application number: DE200710057220
Authority: DE
Inventors: Udo Cyrol; Peter Maschauer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-07-25
Filing date: 2007-11-28
Publication date: 2009-05-28
Anticipated expiration: 2027-11-29
Also published as: DE102007035340B4; DE102007035340A1; DE102007057220B4

Abstract

Ziel der Erfindung ist, unter Verzicht auf Schaltkupplungen, Klinken und Verriegelungen die beiden für die Notschließfunktion einer Armatur benötigten fremdenergiefreien Kräfte für den Schließvorgang und für das Zuhalten voneinander unabhängig zu erzeugen, beeinflussungsarm voneinander wirken zu lassen und so den für das betriebsmäßige Öffnen und Schließen sowie für die Regelvorgänge benötigten Armaturenantrieb leistungsarm ausführen zu können. Gelöst wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung, bei der eine Feder über eine Zahnstange auf eine Antriebswelle wirkt, auf die gleichzeitig auch der eigentliche Antrieb wirkt, wobei allen durch die Kraft der Feder über die Antriebskurbel der gesamte Mechanismus in die geschlossene Lage gebracht wird. Auf der Abtriebskurbel ist drehbar die Abtriebswelle befestigt und über einen Federmechanismus mit der Abtriebskurbel verbunden, bestehend aus einem weiteren Hebel und einer zwischen diesem und der Abtriebskurbel befestigten Feder. Der Federmechanismus ist mit dem Schließmoment der Armatur vorgespannt und drückt im geöffneten Zustand der Armatur gegen einen Anschlag, der ebenfalls auf der Abtriebskurbel befestigt ist. Bei geschlossener Armatur öffnet sich ein Spalt, der geeignet detektiert werden kann. Der Mechanismus selber zeichnet sich durch sehr schnelle Reaktionszeiten aus, so dass damit die Anlage oder das Personal gefährdende zeitkritische Situationen beherrscht werden können.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Betätigen von zwangsweise zu schließenden oder zu öffnenden Klappen, Ventilen und ähnlichen Einrichtungen, bestehend aus einem Antrieb, der auf eine Antriebswelle wirkt, die rotativ permanent gegen eine Feder arbeitet und über ein Kurbelgetriebe mit einem Federmechanismus eine Abtriebswelle (5) bewegt, die wiederum auf eine Klappe wirkt.
Bekannt sind Klappen- und Ventilbetätigungen, bei denen die Kraftübertragung über ein Kurbelgetriebe erfolgt ( DE 902 901 ) und die einen oder beide Rastlagen der Kurbelgetriebe zum Zuhalten der Klappen benutzen ( DE 802 855 ). Außerdem bekannt sind federnde Kurbelstangen ( DE 802 855 ) sowie die Selbsthemmung durch Überstrecken leicht über die Rastlage.
Außerdem bekannt ist die Rückstellung eines Drehantriebes durch eine Spiralfeder ( CH 389 755 ). Weiterhin bekannt sind Klinken- oder Kupplungssysteme, die im offenen Zustand der Klappe das Halten der gespannten Schließfedern übernehmen ( DE 195 09 481 ).
Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, unter Verzicht auf Schaltkupplungen, Klinken und Verriegelungen die beiden für die Funktion einer Notschließklappe benötigten fremdenergiefreien Kräfte einerseits für den eigentlichen Schließvorgang und andererseits für das Zuhalten der Klappe beim Abdichten voneinander unabhängig zu erzeugen, beeinflussungsarm voneinander wirken zu lassen und so den für das betriebsmäßige Öffnen und Schließen sowie die Regelvorgänge benötigten Klappenantrieb sehr leistungsarm ausführen zu können. Weiterhin beinhaltet die Erfindung alle Funktionselemente, damit die Klappe selbsttätig in die sichere Lage bewegt werden kann und der Klappenantrieb benötigt deshalb keine weiteren dafür erforderlichen Elemente.
Diese Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches gelöst.
Weitere Ausgestaltungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Die Erfindung wird detaillierter anhand der Zeichnung erläutert. In dieser stellen dar:
1 eine Aufsicht auf eine Ausführung der Erfindung als Doppelkurbelgetriebe bei geschlossener Klappe; und
2 eine Aufsicht auf die Ausführung der Erfindung als Doppelkurbelgetriebe bei geöffneter Klappe.
3 eine Detailansicht einer Variante der Schubstange mit integriertem Federmechanismus und Sensorik für den kraftbelasteten Zustand
4a eine Aufsicht auf die Ausführung der Erfindung als Schubkurbelgetriebe im geöffneten Zustand mit Klappe an der Abtriebswelle und 4b eine Aufsicht auf dieselbe Ausführung, jedoch für Ventilbetrieb
5a eine Aufsicht auf die Ausführung der Erfindung als Kreuzkurbelgetriebe im geschlossenen Zustand mit Klappe an der Abtriebswelle und 5b eine Aufsicht auf dieselbe Ausführung, jedoch für Ventilbetrieb
6 eine Aufsicht auf die Ausführung der Erfindung als Kurbelschwinge im geschlossenen Zustand
Zu 1 bis 3:
Eine Feder (1) wirkt über eine Zahnstange auf die Antriebswelle (2), auf die gleichzeitig auch der eigentliche Antrieb wirkt, wobei allein durch die Federkraft der Feder (1) der gesamte Mechanismus mitsamt dem momentenlosen Antrieb in die in 1 dargestellte Lage gebracht wird und die Antriebskurbel (7) am Anschlag (3) zur Anlage kommt. Das Kurbelgetriebe wird aus der Antriebskurbel (7), die um die Antriebswelle (2) rotiert, der Koppelstange (8) und der Abtriebskurbel (10), die um die Abtriebswelle (5) rotiert, gebildet. Auf der Abtriebskurbel (10) befindet sich in einer in 1 und 2 dargestellten Variante der Federmechanismus (4), der mit der Abtriebskurbel (10) rotiert und mit einer eigenen Kurbel im gegenmomentfreien Zustand gegen den ebenfalls auf der Abtriebskurbel (10) befestigten Anschlag (9) drückt. Die Abtriebswelle (5) ist fest mit der Kurbel des Federmechanismusses (4) verbunden, so dass es gegen diesen zu einer relativen Rotation zwischen der Abtriebskurbel (10) und der Abtriebswelle (5) kommen kann. Diese Rotation tritt genau dann auf, wenn durch die geschlossene Klappe sich an der Abtriebswelle (5) ein Gegenmoment aufbaut, welches genau so groß ist wie jenes, das durch den Federmechanismus (4) aufgebaut wird. In diesem Fall öffnet sich der Spalt (6) und kann geeignet detektiert werden.
In einer Variante entfallen auf der Abtriebskurbel (10) der Federmechanismus (4) und der Anschlag (9), so dass die Abtriebswelle (5) fest mit der Abtriebskurbel (10) verbunden ist. In dieser Variante ist die Koppelstange (8) entsprechend 3 ausgebildet und besteht aus einer Hülse (20), in der eine Stange (25) gleitet und gegen eine Feder (21) drückt. Gesichert ist die Stange (25) durch einen fest mit ihr verbundenen Stift (24), der in einem in die Hülse (20) eingearbeiteten Langloch (23) beweglich ist und so die Relativbewegung zwischen Hülse (20) und Stange (25) zulässt. Sowohl Hülse (20) als auch Stange (25) besitzen je eine Querbohrung (26) und (28), die genau dann zumindest in Teilüberdeckung gebracht werden, wenn durch die geschlossene Klappe ein Gegenmoment aufgebracht wird, welches genau so groß ist wie jenes, das an der Abtriebswelle (5) durch den Hebelarm der Abtriebskurbel (10) und der Feder (21) in der Schubstange (8) erzeugt wird. In diesem Fall kann dann durch eine Sensorik, die beispielsweise aus einer Lichtquelle (22) und einem Fotosensor (27) besteht, der geschlossene Zustand detektiert werden.
An der Abtriebswelle (5) kann jeweils entweder eine Klappe, ein Ventil oder eine ähnliche Einrichtung geeignet angeschlossen werden, fallweise ausgeführt mit Bewegungsumwandlung rotativ in translatorisch, wie in weiteren Figuren dargestellt.
Zu 4a und 4b:
Eine Feder (1) wirkt über eine Zahnstange auf die Antriebswelle (2), auf die gleichzeitig auch der eigentliche Antrieb wirkt, wobei allein durch die Federkraft der Feder (1) der gesamte Mechanismus mitsamt dem momentenlosen Antrieb in die geschlossene Lage gebracht wird und die Antriebskurbel (7) am Anschlag (3) zur Anlage kommt. Über die Koppelstange (8) wird die Schubstange (31), auf der sich sowohl ein integrierter Federmechanismus mit Sensorik (30) nach 3 als auch eine Verzahnung (34) befinden, in Bewegung gesetzt. Die Verzahnung (34) greift in ein Zahnrad (32) auf der Abtriebswelle (5) ein, die mit der zu bewegenden Klappe (33) verbunden ist. Dargestellt ist der geöffnete Zustand der Klappe (33). Im geschlossenen Zustand hat sich durch die Bewegung der Schubstange (31) die Abtriebswelle (5) so weit gedreht, bis die Klappe (33) an ihren Dichtungen anliegt und die eigentliche Dichtkraft vom integrierten Federmechanismus (30) definiert wird, weil sich gleichzeitig das Kurbelgetriebe, bestehend aus Antriebskurbel (7) und Koppelstange (8) in Rastlage befindet und somit auf die Feder (1) sowie auch auf den Antrieb keine oder nur unbedeutend geringe Kraft aus der Abdichtung der Klappe (33) rückwirkt.
In einer Ausrührung zum Antrieb von Ventilen wird die Dichtplatte (36) direkt durch Bewegung der Schubstange (31) gegen den Ventilsitz (37) gedrückt, wobei die Dichtkraft vom integrierten Federmechanismus (30) definiert wird, weil sich gleichzeitig das Kurbelgetriebe, bestehend aus Antriebskurbel (7) und Koppelstange (8) in Rastlage befindet und somit auf die Feder (1) sowie auch auf den Antrieb keine oder nur unbedeutend geringe Kraft aus der Abdichtung der Dichtplatte (36) rückwirkt.
Zu 5a und 5b:
Eine Feder (1) wirkt über eine Zahnstange auf die Antriebswelle (2), auf die gleichzeitig auch der eigentliche Antrieb wirkt, wobei allein durch die Federkraft der Feder (1) der gesamte Mechanismus mitsamt dem momentenlosen Antrieb in die geschlossene Lage gebracht wird und der Exzenter (35) mit seiner Anschlagplatte (9) am gefederten Anschlag (3) zur Anlage kommt. In diesem Falle ist die Kreuzkurbel (36) mit ihrer Schubstange (31), auf der sich sowohl ein integrierter Federmechanismus mit Sensorik (30) nach 3 als auch eine Verzahnung (34) befinden, um maximal die Exzentrizität nach vorn geschoben worden. Die Verzahnung (34) greift in ein Zahnrad (32) auf der Abtriebswelle (5) ein, die mit der zu bewegenden Klappe (33) verbunden ist. Dargestellt ist der geschlossene Zustand der Klappe (33). Im geschlossenen Zustand hat sich durch die Bewegung der Schubstange (31) die Abtriebswelle (5) so weit gedreht, bis die Klappe (33) an ihren Dichtungen anliegt und die eigentliche Dichtkraft vom integrierten Federmechanismus (30) definiert wird, weil sich gleichzeitig der Exzenter (35) in der Kreuzkurbel (36) in Rastlage befindet und somit auf die Feder (1) sowie auf den Antrieb keine oder nur unbedeutend geringe Kraft aus der Abdichtung der Klappe (33) rückwirkt.
In einer Ausrührung zum Antrieb von Ventilen wird die Dichtplatte (36) direkt durch Bewegung der Schubstange (31) gegen den Ventilsitz (37) gedrückt, wobei die Dichtkraft vom integrierten Federmechanismus (30) definiert wird, weil sich gleichzeitig der Exzenter (35) in der Kreuzkurbel (36) in Rastlage befindet und somit auf die Feder (1) sowie auf den Antrieb keine oder nur unbedeutend geringe Kraft aus der Abdichtung der Dichtplatte (36) rückwirkt.
Zu 6:
Eine Feder (1) wirkt über eine Zahnstange auf die Antriebswelle (2), auf die gleichzeitig auch der eigentliche Antrieb wirkt, wobei allein durch die Federkraft der Feder (1) der gesamte Mechanismus mitsamt dem momentenlosen Antrieb in die geschlossene Lage gebracht wird und die Antriebskurbel (40) am Anschlag der Führung der Schwingkurbel (41) zur Anlage kommt. Auf der Schwingkurbel (41) befindet sich der Federmechanismus (4), der mit der Schwingkurbel (41) rotiert und mit einer eigenen Kurbel im gegenmomentfreien Zustand gegen den ebenfalls auf der Schwingkurbel (41) befestigten Anschlag (9) drückt. Die Abtriebswelle (5) ist fest mit der Kurbel des Federmechanismusses (4) verbunden, so dass es gegen diesen zu einer relativen Rotation zwischen der Schwingkurbel (41) und der Abtriebswelle (5) kommen kann. Diese Rotation tritt genau dann auf, wenn durch die Dichtkraft der geschlossenen Klappe sich an der Abtriebswelle (5) ein Gegenmoment aufbaut, welches genau so groß ist wie jenes, das durch den Federmechanismus (4) aufgebaut wird. In diesem Fall öffnet sich der Spalt (6) und kann geeignet detektiert werden. Die Anordnung ist so gewählt, dass sich bei geschlossener Klappe die Antriebskurbel (40) bezüglich der Schwingkurbel (41) in Rastlage und gleichzeitig an einem Ende der Führung in der Schwingkurbel (41) befindet sowie die Kurbel des Federmechanismusses (4) gerade vom Anschlag (9) abgehoben hat. Auf diese Weise wird die eigentliche Dichtkraft vom Federmechanismus (4) definiert, da sich die Antriebskurbel (40) in Rastlage befindet und somit auf die Feder (1) sowie auch auf den Antrieb keine oder nur unbedeutend geringe Kraft aus der Abdichtung der Klappe rückwirkt.
An der Abtriebswelle (5) kann jeweils entweder eine Klappe, ein Ventil oder eine ähnliche Einrichtung geeignet angeschlossen werden, fallweise ausgeführt mit Bewegungsumwandlung rotativ in translatorisch, wie in weiteren Figuren dargestellt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 902901 [0002]
- DE 802855 [0002, 0002]
- CH 389755 [0003]
- DE 19509481 [0003]

Claims

Vorrichtung zum Betätigen von zwangsweise zu schließenden oder zu öffnenden Klappen, Ventilen und ähnlichen Einrichtungen, bestehend aus einem Antrieb, der auf eine Antriebswelle (2) für ein Kurbelgetriebe (7, 8; 10) wirkt, die rotativ permanent gegen eine Feder (1) arbeitet und über das Kurbelgetriebe (7; 8; 10) mit einem Federmechanismus (4) eine Abtriebswelle (5) bewegt, die wiederum mittelbar oder unmittelbar auf eine Klappe, ein Ventil oder eine ähnliche Einrichtung wirkt, gekennzeichnet dadurch, dass a) der Federmechanismus (4) im offenen Zustand der Klappe (2) gegen einen Anschlag (9) drückt und erst wenige Grad vor der Rastlage des Kurbelgetriebes durch das Anlegen der Klappe an die Dichtflächen der Anschlag gelüftet wird und die Federkraft des Federmechanismusses (4) als definierte Dichtkraft wirkt (1); b) das Kurbelgetriebe (7; 8; 10) sehr nahe bei oder genau in der zum Schließen benutzten Rastlage der antreibenden Kurbel (7) gegen einen Anschlag (3) trifft; c) die Feder (1) genau so bemessen ist, um in der größten Öffnungslage im stromlosen Zustand des Antriebes die gesamte Vorrichtung in einer vorgegebenen Zeit in den geschlossenen Zustand zu bewegen, sowie die äußerst geringe Restkraft aufzubringen, die kurz vor der Rastlage des Kurbelgetriebes (7; 8; 10) den Federmechanismus (4) vom Anschlag (9) abhebt d) der Antrieb nur noch so stark bemessen ist, dass er gegen die Feder (1) anarbeiten sowie die notwendigen Beschleunigungsaufgaben zum Regeln sowie dem betriebsmäßigen Öffnen und Schließen der Klappe übernehmen kann.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kurbelgetriebe auch als Schubkurbelgetriebe (7; 8; 31), Kreuzkurbelgetriebe (35; 36; 31) oder Kurbelschwinge (40; 41) ausgeführt sein kann, wobei im geschlossenen Zustand der Klappe sich das jeweilige Kurbelgetriebe bezüglich der Antriebskurbel in Rastlage befindet und die Dichtkraft von einem separaten Federmechanismus (4) aufgebracht wird
Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlag (3) zum Schutz des Antriebes und der Mechanik federnd und/oder dämpfend ausgeführt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Einrichtung zur Überwachung des sicheren geschlossenen Zustandes erhält, indem das Abheben des Federmechanismusses (4) vom Anschlag (9) einen Spalt (6) öffnet, der über einen Sensor ausgewertet wird, als Spaltmaß zur Justage der Vorrichtung oder in Verbindung mit Licht oder Farbe als optische Kontrolle des geschlossenen Zustandes verwendet werden kann.
Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der auf der Abtriebskurbel (10) oder dem Abtriebsritzel (30) befindliche Federmechanismus (4) mit seinem Anschlag (9) entfällt, die Abtriebswelle (5) fest mit der Abtriebskurbel (10) verbunden ist und sowohl die Feder als auch die Sensorik in und an der Schubkurbel (8) angebracht sind und so die definierte Dichtkraft der geschlossenen Klappe über den Hebelarm der Abtriebskurbel (10) und die Feder (21) in der Schubstange (8) erzeugt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der geschlossene Zustand der Klappe durch Erkennen der Relativbewegung von Stange (25) in Hülse (20) detektiert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Definition der Dichtkraft der geschlossenen Klappe nach Entfall des Federmechanismusses (4) und des in der Schubstange (8) integrierten Federmechanismusses (30) auch durch eine genau genug ausgeführte Elastizität der gesamten Vorrichtung erfolgen kann.
Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass nicht nur der geschlossene sondern auch jeder andere sich durch einen mechanischen Anschlagpunkt auszeichnende Zustand einer Klappe, eines Ventils oder einer ähnlichen Einrichtung als Zielpunkt der selbsttätigen und ohne Fremdenergie auszuführenden Bewegung in Frage kommen kann, wobei dann der Federmechanismus (4) und der in der Schubstange (8) integrierte Federmechanismus (30) entfallen können oder nur zum Detektieren des erreichten Zielpunktes Verwendung finden.
Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (1) sowie das zugehörige Zahnrad auf der Antriebswelle (2) des Kurbelgetriebes entfallen und auf diese Weise Klappen, Ventile und ähnliche Einrichtungen, die nicht zwangsweise ohne Fremdenergie in eine Vorzugslage gebracht werden müssen, mit einem sehr leistungsarmen Antrieb betätigt werden können.