DE2532302A1 - Antrieb fuer rohrabsperrarmaturen - Google Patents

Description

Antrieb für Rohrabsperrarmaturen

(Priorität: 18. Juli 1974, Ungarn, Nr. IA-707)

Die Erfindung bezieht sich auf einen Antrieb für Rohrabsperrarmaturen, durch den vom Bedienungspersonal vreit entfernte Rohrabsperrarmaturen schnell und sicher geschlossen bzw. geöffnet werden können.

Flüssigkeiten und Gase können am wirtschaftlichsten mit Hilfe von Rohrleitungen transportiert werden. Die die Flüssigkeiten und Gase fördernden Rohrleitungssysteme durchlaufen einzelne Betriebe, oft sogar umfangreiche Gebiete eines Landes. In den Rohrsystemen befinden sich zahlreiche Abzweigungen; in den einzelnen Rohrleitungsabschnitten ist der Verbrauch unterschiedlich und veränderlich, daher gibt es an den Abzweigungen und Anschlußstellen der einzelnen Rohrleitungsabschnitte Rohrabsperrarmaturen, mit deren Hilfe die den betreffenden Rohrabschnitt durchfließende Flüssigkeits- oder Gasmange den örtlichen oder momentanen Bedürfnissen entsprechend reguliert werden kann. Es gibt auch viele solche Rohr-

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armaturen, die zu örtlichen Kontrollzwecken dienen. Die Rohrabsperrarinaturen befinden sich zum überwiegenden Teil weit vom Bedienraum bzw. dem Bedienungspersonal entfernt. Daher werden Antriebe benötigt, mit deren Hilfe die Armaturen ferngesteuert werden können. Eine solche Fernsteuerung erfolgt im allgemeinen auf hydraulischem, pneumatischem oder elektrischem Wege. In erster Linie wird elektrische Fernsteuerung angewendet, weil hydraulische und pneumatische Steuerungen teuer sind und die dazu erforderlichen, oft aus Kunststoff oder Gummi bestehenden Rohrleitungen -besonders auf offenem Gelände- verhältnismäßig leicht defekt werden. Die hydraulische oder pneumatische Steuerung wird in erster Linie an explosionsgefährdeten Orten angewendet .

Unter den bisher bekannten, elektrisch ferngesteuerten Antrieben von Rohrabsperrarmatüren gibt es keinen, der allen jenen.Anforderungen, die man an Antriebe von Rohrabsperrarmaturen im allgemeinen stellt, restlos entspräche. Diese Anforderungen sind z.B. unter allen Umständen Betriebssicherheit, geringes Gewicht und niedriger Preis des Antriebes, Explosions- und Korrosionssicherheit, schnelle Sperrung und Öffnung, einfache Konstruktion, geringer Energieverbrauch usw..

Es sind Antriebe bekannt, die zur Schaffung des geeigneten Öffnungs- und Schließmoments die Drehzahl des Antriebsmotors durch eine Vielzahl von Zahnradpaaren auf die gewünschte niedrige Drehzahl reduzieren. Antriebe dieses Typs haben den Fehler, daß wegen der Verwendung zahlreicher Zahnräder entweder ein zu großes Antriebsgehäuse gebraucht wird, das schwer ist und den ganzen Antrieb verteuert, oder sehr kleine Zahnräder angefertigt werden müssen, wodurch der Betrieb des Antriebes unsicher wird, teils weil zwischen alle miteinander zusammenhängenden Zahnradpaare Schmutz gelangen kann, der die Präzision be-

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einträchtigt, teils weil die kleinen schwachen Zähne kleiner Zahnräder leicht abbrechen, was die Betriebsunfähigkeit des Antriebes zur Folge hat. Bei solchen Antrieben besteht nicht die Möglichkeit, die Drehzahlübersetzung zwischen dem Antriebsmotor und dem Öffnungs-/Sperrglied der Rohrabsperrarmatur auf einfache Weise zu verändern. Es kann zwar gelegentlich ein Zahnradpaar ausgetauscht werden, jedoch ist ein solcher Austausch keine einfache Aufgabe, da nicht nur das betreffende Zahnradpaar auszutauschen ist, sondern auch für die dem neuen Zahnradpaar entsprechende Einstellung der Achsenabstände der Zahnräder gesorgt werden muß. Die Bewegung der vielen Zahnräder erfordert -hauptsächlich bei größeren Zahnrädern- verhältnismäßig viel Energie, was ebenfalls nachteilig ist.

Ein großer Teil der für Rohrabsperrarmaturen gebrauchten, bekannten Antriebe hat den Nachteil, daß die getriebenen Teile oder jedenfalls ein Teil derselben nicht in einem geschlossenen Raum untergebracht sind, so daß Staub, korrosionsverursachende und sonstige Schmutzstoffe leicht eindringen können. Staub und andere Schmutzstoffe verursachen leicht Störungen, verunsichern den Betrieb des Antriebes und machen evtl. den Antrieb ganz betriebsunfähig.

Bei Rohrabsperrarmaturen ist es verhältnismäßig oft der Fall, daß diese nur in langen Zeitabständen betätigt werden müssen. Zwischen zwei Betätigungen verstreichen evtl. viele Wochen. In solchen Fällen kommt es vor, daß zwei aneinanderliegende Bestandteile der Rohrabsperrarmatur derartig zusammenhaften, daß das Betriebsmoraent oder die Zugkraft sie nicht trennen kann. In solchen Fällen können Antriebe, die starr an den betreffenden Bestandteil der Rohrabsperrarmatur anschließen, d.h. beim Beginn der Betätigung, sofort eine Krafteinwirkung auf den betreffenden Bestandteil ausüben, die Trennung nicht durchführen. Der Antriebsmotor wird dann vergeb-

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lieh eingeschaltet; ein Öffnen ist nicht möglich. Die gleiche Situation kann beim Schließen entstehen, wenn beim offenen Zustand der Rohrabsperrarinatur irgendein Fremkörper zwischen die aufliegenden Bestandteile gerät, oder ein Körper in den Sperrbereich gelangt, der das einwandfreie Sperren behindert.

Sämtliche bekannten, für Rohrabsperrarmaturen verwendeten Antriebe haben den gemeinsamen Fehler, daß sie im Verhältnis zu den Rohrabsperrarmaturen zu groß sind. Ihre Größe übersteigt die Größe der Rohrabsperrarmaturen mehrfach; sie erfordern viel Energie, und die sich aufeinander und nebeneinander bewegenden Bestandteile sind oft nur unzureichend gerade geführt, wodurch Verkeilungen entstehen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Antrieb zu erstellen, der die aufgeführten Nachteile nicht aufweist, d.h. dessen Größe und Gewicht gering sind, dessen Betrieb wenig Energie erfordert, der sich in einem luftdicht abgeschlossenen Gehäuse befindet, so daß Schmutz und Korrosion verursachende Stoffe nicht in die betriebswichtigen Teile gelangen können, der auch an explosionsgefährdeten Orten betriebssicher verwendet werden kann, der keine zu Defekten neigenden Bestandteile besitzt, in dem die beweglichen Bestandteile ausreichend gerade geführt werden, die Drehzahlübersetzung auf einfache Weise verändert werden kann, also der Antrieb den örtlichen Anforderungen entsprechend zusammengesetzt werden kann, und der auch bei eventueller Verschmutzung aneinanderliegender Teile der Rohrabsperrarmatur oder beim Eindringen von Fremdkörpern sicher funktioniert oder wenigstens das Vorhandensein des Fremdkörpers anzeigt, ohne daß der Antrieb defekt wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen für Rohrabsperrarmaturen geeigneten Antrieb gelöst, der in einem luftdicht abgeschlossenen, rohrartigen Gehäuse

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eine dazu koaxial und drehbar gelagerte Gewinde-Antriebsspindel, einen an das Gewinde der Antriebsspindel anschließenden Kulissenkörper mit Innengewinde, zwei aus den seitlich vom Kulissenkörper einander gegenüberliegenden Mantelteilen radial hervorragende Kulissenzapfen mit auf einem gemeinsamen Durchmesser befindlicher Mittellinie sowie auf den Kulissenzapfen je zwei Kulissenrollen enthält, von denen die neben dem Kulissenkörper befindliche in der Nut der im Gehäuse drehbar und koaxial zur Antriebsspindel gelagerten rohrartigen Abtriebsspindel Platz findet, während die andere Kulissenrolle in der Führungsnut des im Gehäuse um die Abtriebsspindel herum befestigten Führungsrohres läuft.

Vorzugsweise sind in der Abtriebsspindel zwei schraubenförmige Nuten vorgesehen, deren Steigungshöhe zum Wegdrehen der Abtriebsspindel um 90° durch den Kulissenkörper praktisch gleich der Länge des an der Antriebsspindel entlang durchlaufenden Weges ist.

Weiter befinden sich vorzugsweise im Führungsrohr zwei koaxiale Führungsnuten, deren Seitenwände im Schnitt vertikal zur Längsachse des Führungsrohrs sich kegelförmig, keilartig in Richtung der Längsachse einander nähern, wobei die Außenränder der Seiten abgerundet sind.

Weiter sind vorzugsweise die Seiten der beiden in der Abtriebsspindel befindlichen,schraubengewindeförmigen Nuten im Schnitt vertikal zur Längsachse der Abtriebsspindel zueinander hin herausgehoben gebogen, d.h. halbkreisförmig.

Ferner weisen vorzugsweise die in den Nuten der Abtriebsspindel befindlichen Kulissenrollen eine zylinderartige Mantelfläche auf, während die im Führungsrohr befindlichen Kulissenrollen einen zur Längsachse hin kegelartig

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abnehmenden Durchmesser haben.

Weiter befindet sich vorzugsweise auf der Antriebsspindel und im Kulissenkörper ein Trapezgewinde, die unter Axialspiel miteinander verbunden sind.

Anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 den schematischen Schnitt eines Antriebs für Rohrabsperrarmaturen; und
Fig. 2 in vergrößertem Maßstab den Schnitt II-II der Fig.

Der in Fig. 1 gezeigte Antrieb ist auf dem Gußgehäuse 1 einer Armatur, z.B. einem Kugelzapfen- oder Flügelventil, befestigt. Die Befestigung kann auf jede bekannte, übliche Weise erfolgen. Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist an einem Vorsprung des Gußgehäuses 1 ein Halteflansch 2 aufgeschweißt, in dessen obere Gewindeöffnung ein unten mit einem Gewinde versehenes Führungsrohr 3 eingeschraubt ist. Auf dasselbe Gewinde des Führungsrohrs 3 ist das Gehäuse 4 des Antriebes aufgeschraubt, das oben in einer den Antriebsmotor haltenden und auf dem Gehäuse befestigten Halterung 5 seine Fortsetzung findet.

Das untere innere Ende des Führungsrohres 3 und der Oberteil des Halteflansches 2 tragen ein Lager 6, in dem eine am unteren Ende einer Abtriebsspindel 7 befestigte Getriebeschaltgabel 8 gelagert ist. Das obere Ende der Abtriebsspindel ist über ein Lager 9 und ein Zwischenstück 10 auf der Halterung 5 gelagert. Die Abtriebsspindel 7 ist drehbar gelagert. Zwischen der Abtriebsspindel 7 und der Innenfläche des Führungsrohres 3 befindet sich ein Luftspalt; daher kann die Abtriebs spindel 7 im Führungsrohr 3 frei gedreht werden.

Die obere Fläche der Getriebeschaltgabel 8 weist eine

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Vertiefung auf, in der sich eine Buchse 11 befindet. In der Buchse 11 ist der Endzapfen der Antriebsspindel 12 drehbar gelagert. Das obere Ende der Antriebsspindel 12 ist auf der Halterung 5 über das Lager 9, ein Zwischenstück 10 und ein Lager 13 drehbar gelagert. Im mittleren Teil der Antriebsspindel 12 befindet sich ein Trapezgewinde mit geringer Steigung.

Auf das Gewinde der Antriebsspindel 12 ist ein Kulissenkörper 14 mit Innengewinde aufgeschraubt, der beim Drehen der Antriebsspindel 12 -je nach Drehrichtung- zwischen einem oberen 15 und einem unteren Anschlag 16 beweglich ist. Aus den beiden gegenüberliegenden Flächen bzw. den Seitenflächen des Kulissenkörpers 14 ragt je ein Kulissenzapfen 17 hervor, der durch ein Gewinde vorteilhaft mit dem Kulissenkörper 14 verbunden ist.

Jeder Kulissenzapfen 17 weist je zwei Kulissenrollen 18 und 19 auf. Die Kulissenrollen 18 befinden sich neben dem Kulissenkörper 14; die Kulissenrollen 19 sind außerhalb der Kulissenrollen 18 auf den Kulissenzapfen 17 aufgezogen bzw. auf diesem gelagert. Die Kulissenrollen 18 befinden sich je in einer Nut 20 der Abtriebsspindel 7, die Kulissenrollen 19 je in einer Führungsnut 21 des Führungsrohres 3 und sind in Längsrichtung der zu ihnen gehörenden Führungsnut beweglich.

Die in der Abtriebsspindel 7 befindlichen Nuten 20 sind in Längsrichtung spiralförmig. Ihre Gewindesteigung ist so gewählt, daß, wenn die Abtriebsspindel 7 sich um 90° dreht, die in der Nut 20 befindliche Kulissenrolle in der Nut einen Weg zurücklegt, dessen Projektion auf eine mit der Antriebsspindel 12 parallele Ebene gleich der inzwischen vom Kulissenkörper 14 neben der Antriebsspindel 12 zurückgelegten Strecke ist.

Die Führungsnuten 21 im Führungsrohr 3 sind parallel zur

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Längsachse des Antriebes gestaltet. Die Antriebsspindel 12, die Abtriebsspindel 7, das Führungsrohr 3 und das Gehäuse sind koaxial zueinander angeordnet. Die Breite der Führungsnuten 21 nimmt von außen nach innen ab, d.h. die Seiten der Führungsnuten 21 nähern sich einander im Schnitt senkrecht zur Längsaches kegelförmig oder keilartig. Die Außenkanten der Seiten sind abgerundet. Die Seitenwände der in der Abtriebsspindel 7 befindlichen Nuten 20 sind im Schnitt senkrecht zur Längsachse zueinander hervorgehoben gebogen, d.h. halbkreisförmig.

Die äußere Mantelfläche der Kulissenrollen 18 ist zylinderförmigi die äußere Mantelfläche der Kulissenrollen 19 hat die Form eines Kegels, der einen nach innen abnehmenden Durchmesser aufweist.

Die aneinander anschließenden Trapezgewinde der Antriebsspindel 12 und des Kulissenkörpers 14 sind so gestaltet, daß der Kulissenkörper 14 mit der Antriebsspindel 12 mit einem Spielraum in Axialrichtung verbunden ist.

Am oberen Ende der Antriebsspindel 12 ist eine Riemenscheibe 22 befestigt, die über den Keilriemen 23 an der Welle des Elektromotors verkeilt ist und in Antriebsverbindung mit der in der Zeichnung nicht sichtbaren Riemenscheibe steht. Die Halterung 5 und der Elektromotor können auf übliche Weise, z.B. durch eine Metallplatte, zusammengefügt werden.

Der Antrieb funktioniert wie folgt:

Der Elektromotor treibt die auf bekannte Weise an der Welle befestigte Antriebsspindel 12 an. Der Elektromotor muß nur eine sehr !geringe Leistung entwickeln, z.B. ist bei einem Rohrdurchmesser von 50 mm und einem Betriebsdruck von 40 atm. je nach der Absperrdauer eine Leistung zwischen 6 und 100 W erforderlich. Beim Drehen der Antriebsspindel 12 bewegt sich der Kulissenkröper 14 neben

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der Antriebsspindel 12 fort, da die auf den Kulissenzapfen 17 befindlichen Kulissenrollen 19 in den feststehenden Führungsnuten 21 nur in Längsrichtung verschoben werden können. Während der geraden Fortbewegung des Kulissenkörpers 14 werden die ebenfalls auf den Kulissenzapfen 17 befindlichen Kulissenrollen 18 gezwungen, ebenfalls eine gerade Bahn zu beschreiben. Dabei muß sich die mit den spiralförmigen Nuten versehene Abtriebsspindel drehen.

Die wichtigsten Vorteile des erfindungsgemäßen Antriebes sind folgende:

Der Antrieb besteht aus einem aus einfachen Bestandteilen zusammengesetzten Mechanismus von geringer Größe und geringem Gewicht, der daher mit geringem Kostenaufwand hergestellt werden kann. Er befindet sich in einem luftdicht abgeschlossenen Gehäuse; daher können Schmutz und Korrosion verursachende Stoffe nicht in die betriebswichtigen Teile gelangen, und der Antrieb kann auch an explosionsgefährdeten Orten verwendet werden. Er enthält keine zu Defekten neigenden Bestandteile. Die Drehzahlübersetzung kann durch Austausch der Antriebsspindel und des Kulissenkörpers auf einfache Weise verändert werden, d.h., der Antrieb kann den gegebenen örtlichen Bedingungen entsprechend zusammengestellt werden. Die Geradeführung der Antriebsspindel und des Kulissenkörpers ist genau, weil sich die kegelstumpfförmigen Kulissenrollen in den im Schnitt keilförmigen Führungsnuten befinden und verhindern, daß die gemeinsame Längsachse der Kulissenzapfen von ihrer senkrecht zur Längsachse der Antriebsspindel liegenden Position abweicht. Das Drehen der Abtriebsspindel erfolgt fortlaufend mit gleichmäßiger Geschwindigkeit, da die Wände der Nut der Abtriebsspindel zueinander hin hervorgehoben gebogen, d.h. halbkreisförmig sind und die an den Wänden anliegenden Kulissenrollen einen zylinderförmigen Mantel aufweisen, wodurch der Hebel des Drehmoments und das Drehmoment konstant sind.

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So hat auch der elektrische Antriebsmotor ein konstant gleichmäßiges Reaktionsmoment zu überwinden, d.h. er läuft gleichmäßig.

Der Antrieb funktioniert auch dann sicher, wenn aneinanderliegende Bestandteile der Rohrabsperrarmatur evtl. verschmutzen oder Fremdkörper zwischen diese geraten. Jedenfalls wird die Gegenwart von Fremdkörpern ohne Defekt angezeigt, weil der Spielraum zwischen den aneinander anschließenden Gewinden der Antriebs spindel und des Kulissenkörpers in Axialrichtung größer als gewöhnlich ist, und so die Drehmassen des Elektromotors und Antriebes schon eine bedeutende Drehgeschwindigkeit erreicht haben, wenn die die aneinanderliegenden Bestandteile trennende bzw. bewegende Kraft wirkt, d.h., zum Trennen steht eine den Kennwert übersteigende Kraft zur Verfügung. Auch wenn ein Fremdkörper das Sperren ganz verhindert, kann der Antrieb nicht beschädigt werden, weil der Keilriemen auf den Riemenscheiben zu rutschen beginnt, die Stromaufnahme des Elektromotors anwächst und ein ÜberStromschalter den Elektromotor ausschaltet.

Die Erfindung umfaßt auch anders gestaltete Konstruktionselemente ähnlicher Funktion und Wirkung. Z.B. kann der Halteflansch auf dem Vorsprung des Gußgehäuses auch durch Verschrauben befestigt werden und das Gehäuse auch anders als rohrförmig ausgebildet sein.

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Claims (6)

1.^Antrieb für Rohrabsperrarmaturen, insbesondere für von der Steuerzentrale weit entfernte Rohrabsperrarmaturen, dadurch gekennzeichnet, daß er in einem luftdicht abgeschlossenen rohrartigen Gehäuse (4) eine dazu koaxial und drehbar gelagerte Gewinde-Antriebsspindel (12), einen an das Gewinde der Antriebsspindel (12) anschließenden Kulissenkörper (14) mit Innengewinde, zwei aus den seitlich des Kulissenkörpers einander gegenüberliegenden Mantelteilen radial hervorragende Kulissenzapfen (17) mit auf einem gemeinsamen Durchmesser befindlicher Mittellinie sowie auf den Kulissenzapfen (17) je zwei Kulissenrollen (18, 19) enthält, von denen die neben dem Kulissenkörper (14) befindliche (18) in der Nut (20) einer im Gehäuse (4) drehbar und koaxial zur Antriebsspindel (12) gelagerten rohrartigen Abtriebsspindel (7) angeordnet ist, während die andere Kulissenrolle (19) in einer Führungsnut (21) eines im Gehäuse (4) um die Abtriebsspindel (7) herum befestigten Rührungsrohres (3) läuft.

2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzei chn e t, daß sich in der Abtriebsspindel (7) zwei spiralförmige Nuten (20) befinden, deren Steigungshöhe zum Drehen der Abtriebsspindel (7) um 90° durch den Kulissenkörper (14) praktisch gleich der Länge des längs der Antriebsspindel (12) durchlaufenen Weges ist.

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3. Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Führungsrohr (3) zwei koaxiale Führungsnuten (21) vorgesehen sind, deren Seitenwände sich einander im Schnitt vertikal zur Längsachse des Führungsrohres (3) kegelförmig oder keilartig in Richtung der Längsachse nähern, und daß die Außenränder der Seiten abgerundet sind (Fig. 2).

4. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g ekennzeichnet, daß die Seiten der beiden in der Abtriebsspindel (7) befindlichen, schraubengewindeförmigen Nuten (20) im Schnitt vertikal zur Längsachse der Abtriebsspindel (7) zueinander hin herausgehoben gebogen, d.h. halbkreisförmig sind (Fig. 2).

5. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch g ekennzeichnet, daß die in den Nuten (20) der Abtriebsspindel (7) befindlichen Kulissenrollen (18) eine zylinderartige Mantelfläche aufweisen, während die im Führungsrohr (3) befindlichen Kulissenrollen (19) einen zur Längsachse hin kegelartig abnehmenden Durchmesser haben.

6. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch g ekennzeichnet, daß sich auf der Antriebsspindel (12) und im Kulissenkörper (14) je ein Trapezgewinde befindet, die mit einem Axialspiel lose miteinander verbunden sind.

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