DE3006430A1

DE3006430A1 - Betaetigungsanordnung zum drehen einer welle

Info

Publication number: DE3006430A1
Application number: DE19803006430
Authority: DE
Inventors: Anton Frederick Sqirrell
Original assignee: Grovag Grossventiltechnik AG
Current assignee: Grovag Grossventiltechnik AG
Priority date: 1979-03-02
Filing date: 1980-02-21
Publication date: 1980-09-11
Also published as: GB2043820A; GB2043820B; JPS55139548A; DE3006430C2; NL8001245A

Description

Dipl. Ing. Peter Ott· ^2 ₇₀₃₃ Herrenberg (Kuppingen)

Patentanwalt ElfeLtraBe 7

Telefon (0 70 32) 319 99

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15. Febr. 1980

Grovag Groß ventil te chnik AG
Meadlistraße 13a
Enneda, Glarus/Schweiz

Betätigungsanordnung zum Drehen einer Welle Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Betätigungsanordnung zum Drehen einer Welle nach der Gattung des Hauptanspruchs und bezieht sich insbesondere auf Anwendungsmöglichkeiten, bei denen eine Verschlußklappe zwischen einer offenen und einer geschlossenen Position zu bewegen ist.

Es sind eine Vielzahl von Betätigungsanordnungen, Stellglieder, Betätigungsorgane u. dgl. bekannt, die dazu bestimmt sind, ein angetriebenes Glied längs eines Verdrehwinkels zwischen 90 bis 120 zu verdrehen; bei allen ergeben sich aber schwerwiegende Nachteile

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dann, wenn die bekannten Systeme unter dem Einfluß hoher Temperaturen und bei niedriger Bedienungsgeschwindigkeit verwendet werden.

Die bekannten Betätigungsanordnungen kann man dabei wie folgt zusammenfassen:

1. Bekannt sind pneumatische oder hydraulische Zylinder, die über Verbindungsgestänge verfügen, die jedoch deshalb nicht zufriedenstellend arbeiten und angewendet werden können, weil sie ihrer Natur nach reversibel, also nicht selbsthemmend sind. Bei Bruch einer Luft- oder Ölzufuhrleitung würde sich eine Bewegung des Stellgliedes ergeben.

2. Unabhängige, eigengelagate. Betätigungsorgane vom Drehtyp verfügen über ihre eigenen Lager systeme, so daß sich eine Verminderung der auf eine Selbstausrichtung gerichteten Fähigkeiten mit Bezug auf die Hauptlagerwelle ergibt. Darüber hinaus sind sie von ihrem Aufbau und ihrer Form her nicht geeignet, beide Enden einer Welle gleichzeitig anzutreiben.

3. Bekannt sind weiterhin zusammengebaute oder zusammengesetzte Antriebssysteme, die aus zwei doppelten Schnecken-Reduziergetrieben bestehen, eines an jedem Ende der angetriebenen Welle. Dabei befindet sich zwischen den beiden Getriebegehäusen eine Hochgeschwindigkeits-Verbindungswelle und der Antriebsmotor ist mit einer Verlängerung der Schneckenwelle der ersten Getriebestufe verbunden, wodurch die Wirksamkeit der Selbstausrichtung der Hauptwellenlager begrenzt ist. Dieses bekannte Antriebssystem ist sehr kostspielig,

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wobei insbesondere bei größeren Systemen das Gewicht und die Abmessungen der Getriebegehäuse erhebliche Montageschwierigkeiten nach sich zieht.

4. Schließlich ist ein Betätigungsorgan bekannt, welches ein linear arbeitendes Verstellorgan und ein doppeltes Ge stange system aufweist. Es sind aber keine Vorkehrungen getroffen, um die Spitzendruckbelastung, die von dem Ge stange system erzeugt wird, aufzunehmen. Außerdem ergibt sich bei diesem bekannten System der Nachteil, daß Montagebügel vorgesehen sind, die unterschiedliche thermische Ausdehnungen zwischen dem (kalten) Gestängesystem und dem (heißen) Hauptkörper der zu betätigenden Einrichtung vermeiden. Daher ergibt sich eine Verstellbewegung der Sollposition des Stellgliedes während thermisch schwankender Einflüsse.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Systeme zu vermeiden und eine Betätigungsanordnung zu schaffen, die unkompliziert ist und sichere Versteil-Drehbewegungen mit großer Kraft durchführen kann.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Betätigungsanordnung löst diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmal des Hauptanspruehs und hat gegenüber dem bekannten Stand der Technik die folgenden Vorteile: 1. Es sind Drehbewegungen bis zu maximal 135 möglich.

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2. Die ausgangsseitig zur Verfugung gestellten Drehmomente betragen für niedrige Geschwindigkeiten (d. h. für mehr als 2 Minuten pro Umdrehung) bis zu 100. 000 Nm und können diese noch übersteigen.

3. An jederEndpos ltion ergibt sich ein ausreichender Überfahrweg, so daß eine einfache Aufstellung und Anpassung der Hauptwelle möglich ist.

4. Die erfindungsgemäße Betätigungsanordnung ist in der Lage, in einfacher Weise durch Gestänge oder Wellenmiteinander verbunden zu werden, so daß gleichzeitig beide Enden einer Welle angetrieben werden können,· unter Verwendung nur eines Motors. Dies ist erforderlich, um bei langen Wellen eine Torsionsverdrehung der Welle klein zu halten oder zu vermeiden.

5. Die erfindungsgemäße Betätigungsanordnung ist kompatibel mit selbstausrichtenden Lagern, wodurch sich die geringste Störung bezüglich der selbstausrichtenden Fähigkeiten ergibt.

6. Das erfindungs gemäße Betätigungsorgan ist in jeder Position selbsthemmend, d. h. auch bei einem Leistungsausfall bleiben die Verstellorgane sicher in der Ursprungsposition.

7. Es ist nur ein geringer Wartungsaufwand erforderlich.

8. Es ist ein Montagesystem vorhanden, welches so ausgebildet ist, daß unterschiedliche Ausdehnungswirkungen keinen Einfluß auf die ein-

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gestellte Soll-Endposition haben.

9. Die erfindungsgemäße Betätigungsanordnung nimmt intern maximale Gestängekräfte auf, ohne diese auf die Lager der angetriebenen Einrichtung zu übertragen.

10. Die erfindungsgemäße Betätigungsanordnung verfügt über besonders günstige und variable Drehmomenteigenschaften.

11. Schließlich ist die erfindungsgemäße Betätigungsanordnung einer manuellen Beeinflussung zugänglich und

12. Stellt sich kostengünstig bezüglich des aufgebrachten Einheitsdrehmoments, verglichen mit anderen Verstellsystemen.

Insgesamt umfaßt die Erfindung eine Betätigungsanordnung zur Verdrehung einer Welle, bestehend aus einem ersten Hebel, der an der Welle befestigt ist, sowie einem zweiten Verbindungshebel, der mit seinem einem Ende an dem ersten Hebel und mit seinem anderen Ende an einem verschieblichen Gleitstück befestigt ist, wobei auf das Gleitstück eine selbsthemmende Antriebsanordnung so einwirkt, daß sich dieses längs eines linearen Weges bewegt. Das Gleitstück besteht bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel aus einem Rollensystem innerhalb einer Rohrführung.

Wird daher der Antrieb betätigt und dementsprechend eine lineare Verschiebung des Rollensystems bewirkt, dann ergibt sich eine Verdrehung der am Hebel befestigten Welle über diesen Hebel und das Verbindungsgestänge zum Rollensystem. Bei einem praktischen Anwen-

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dungsbeispiel verfügt die Welle über ein angetriebenes Glied, welches an ihr befestigt ist und welches bei einer besonderen Anwendungsform der Betätigungsanordnung die Verschlußklappe eines Absperrventils, eines Trennschalters o. dgl. ist. Die Welle kann dann in geeigneter Weise von der e rf indungs gemäßen Verstellanordnung längs eines Verdrehwinkels etwa zwischen 90 bis 120 verdreht werden; es ist auch möglich, Verdrehwinkel bis zu 135 zu erreichen.

Dabei ist der Antrieb des Systems selbsthemmend ausgelegt, was bedeutet, daß er nicht reversibel ist. Wird daher auf die Ausgangsgröße der Betätigungsanordnung, also hier die Welle, eine Kraft ausgeübt, dann führt dies nicht zu einer Verdrehung oder einer entsprechenden Verstellbewegung am Eingang des Systems. Als Antrieb für die Betätigungsanordnung wird entsprechend einem bevorzugten Merkmal der Erfindung eine Spindelanordnung verwendet.

In einer vorteilhaften Ausgestattung der Erfindung ist es möglich, eine Betätigungsanordnung an beiden Enden der zu drehenden Welle anzuordnen, wobei beide Betätigungsanordnungen von dem gleichen einzigen Motor angetrieben sein können, und zwar dadurch, daß die beiden Motoren mit Hilfe einer Querwelle verbunden und miteinander gekoppelt sind, die die beiden Schneckenspindeln verbindet und antreibt.

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Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Darstellung das Grundprinzip der erfindungsgemäßen Verstellbewegung;

Fig. 2 in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht eine mögliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Betätigungsanordnung; Fig. 3 zeigt die Betätigungsanordnung der Fig. 2 in einer Ansicht von unten entsprechend dem Pfeil Y und Fig. ■% zeigt eine vergrößerte Detaildarstellung im Schnitt längs der Linie X-X der Figur 2.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Be-tätigungsanordnung, die auch als Betätigungsorgan, Kraftschalter, Stellmotor, Versteller o. dgl. bezeichnet werden kann und im Folgenden lediglich noch als Betätigungsanordnung bezeichnet wird, umfaßt einen an einer Welle oder Achse A befestigten, beispielsweise festgekeilten Hebel AB sowie ein Verbindungsglied BC, dessen eines Ende bei B am Hebel AB befestigt ist und dessen anderes Ende in ein Gleit- oder Rollsystem C eingepaßt ist, welches in einer linearen Führung läuft. Das von der Betätigungsanordnung angetriebene Element oder Glied ist nicht dargestellt, es ist jedoch mit der Welle A verbunden; es kann sich hierbei beispielsweise um eine Verschlußklappe eines Sperrventils,

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eines Trennschalters ο. dgl. handeln. Die Welle A kann eine Schwenkwelle sein; es ist aber auch möglich, daß der Hebel AB alternativ direkt auf die Welle der angetriebenen Einrichtung aufgekeilt ist. Der dem Gleit- oder Rollensystem C vermittelte Antrieb wird von einer Schraubspindel erzeugt, die von einem elektrischen, pneumatischen oder hydraulischen Motor angetrieben ist. Diese Einrichtung arbeitet linear und verschiebt so das Gleitsystem aus der Position C₀ in die Position C₁. Bei diesem Durchlauf verschiebt sich daher der Hebel AB aus seiner einen Endposition T₉ in seine andere Endpositic
glied BC.

Endposition T , und zwar angetrieben durch das Zwischenverbindungs-

Die Bewegung des Hebels AB zwischen seinen beiden Endpositionen # verdreht die Welle A und damit das von dieser angetriebene Glied um einen entsprechenden Winkel, der bevorzugt bis 120 reicht und insbesondere zwischen 90 und 120 liegt. Es ist möglich, bei praktischen Ausführungsbeispielen eine Winkel Verdrehung bis 135 zu erreichen. Handelt es sich bei dem angetriebenen Glied um eine Klappe eines Trennventils o. dgl., dann würde dessen Verschlußposition normalerweise der Endposition T und dessen offene Position der Endposition T entsprechen. Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel eignet sich allerdings am besten für eine Drehwinkeländerung von 90 . Der tatsächliche Ort von C₉ bestimmt sieh daher aus der

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erforderlichen und gewünschten Winkelverdrehung.

In der Praxis läßt sich die Endposition T so anordnen, daß sich ein gewisses Überfahren der Endstelle ergibt, üblicherweise um etwa 3 bis 5 . Dabei liegt in der Endposition T das maximale Ausgangs-

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drehmoment vor. Die Drehmomentcharakteristik der Betätigungsanordnung kann verändert werden, indem man verschiedene Längenverhältnisse des Hebels AB zu dem Verbindungsglied BC verwendet.

Das in den Fig. 2 bis 4 dargestellte Stellglied oder Betätigungsorgan umfaßt eine Welle 1 (die der Welle A der Fig. 1 entspricht), einen Hebel 2 (entsprechend dem Hebel AB), der auf der Welle 1 bei 3 aufgekeilt ist, ein Verbindungsglied 4 (entsprechend dem Verbindungsglied BC), welches mit seinem einen Ende am Hebel 2 und mit seinem anderen an einem Gleit- oder Rollensystem 5 (entsprechend dem Gleitsystem C) befestigt ist. Dieses Gleitsystem 5 ist in einer Längsführung 6 verschiebbar. Die in Fig. 2 in durchgezogener Linienführung dargestellte Position des Hebels 2 mit Verbindungsglied 4 entspricht der Position T₀ der Fig. 1, wohingegen die in gestrichel-

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ter Linienführung dargestellte Position der Fig. 2 der Pos. T der Fig. 1 entspricht.

Das Gleitsystem 5 der Figur 2 ist über eine Spindel 7 von einem Motor 8 angetrieben, wobei sich diese gesamte Betätigungsanordnung in einem fertigen Stahlgehäuse 9 befindet, welches über einen Montageflansch 10 (siehe Fig. 3) verfügt, um das Betätigungsorgan am Gehäuse oder am Rahmen der Haupteinrichtung anzupassen, in Verbindung mit welcher die Betätigungsanordnung verwendet werden soll, also beispielsweise eines Trennventils o.dgl. Aufgrund dieses Montageflansches werden unterschiedliche Temperatureffekte zwischen'dem Rahmen und dem Ge stange sys tem vermieden. In der der

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Endposition T entsprechenden Position übernimmt ein Druckpolster oder Druckpuffer 11 den Spitzendruck, der von dem Ge stange system erzeugt wird. Der Druckpuffer ist lediglich in einem Bereich von etwa 5 um die Position herum, an welcher das Drehmoment und daher auch der Druck seinen Spitzenwert erreicht, wirksam, so daß die auf die Lagerung der Welle 1 ausgeübte maximale Belastung eine Begrenzung erfährt. Der Druckpuffer 11 ist an einem Bügel 12 montiert.

Das von der Betätigungsanordnung angetriebene Glied, beispielsweise die Schließklappe eines Trennventils oder eines Isolators ist in den Fig. 2 bis 4 nicht dargestellt, es ist jedoch mit der Welle 1 verbunden.

Die Schraubspindel 7 umfaßt eine Lagerbasis 13 sowie einen flexiblen Balg 14 und einen Gabelkopf oder Bügel 15, wie in Fig. 2 gezeigt. Der Darstellung der Fig. 4 lassen sich die beidseitigen Rollen 16, ein dieser verbindende Zapfen 17, eine den Druck aufnehmende Beilegscheibe 18 sowie als Halteglied ein Sprengring oder Seegerring entnehmen.

Am Ende der Führung 6 befindet sich ein Endschalter 20, der den Antriebsmotor 8 dann abschaltet, wenn das Gleit- oder Rollensystem 5 seine Endposition erreicht hat; der Grenzschalter 20 ist an einem Bügel 21 gelagert; mit dem Bezugszeichen 22 sind Betätigungshebel der Endschalter bezeichnet.

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Bei der Darstellung der Fig. 3 erkennt man bei 23 eine lose Hülse oder Manschette, das Bezugszeichen 24 gibt eine Deckplatte an, die einen Indikator für die Position aufweisen kann und abnehmbar ist, so daß ein Zugang geschaffen wird, um den Hebel 2 von der Welle 1 abzunehmen. Schließlich bezeichnet 25 einen Deckel, bei dem es sich üblicherweise um ein Gitter oder siebartiges Schutzblech handelt, während das Bezugszeichen 26 einen Teil des Bügels 12 bezeichnet.

Die in den Fig. 2 bis 4 dargestellte Betätigungsanordnung arbeitet in der gleichen Weise wie das Ausführungsbeispiel der Fig. 1, wobei der Motor 8 die Schraubspindel 7 so antreibt, daß sich das Rollensystem 5 längs der Führung 6 bewegt und auf diese Weise die Welle 1 mittels des Verbindungsgliedes 4 und des Hebels 2 verdreht.

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Claims

DtpMng. P«t*r Ott· 7033 Herrenberg (Kuppingen)

Patentanwalt Eifeistraße 7

Telefon (07032) 31999

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Grovag Großventiltechnik AG
Meadlistraße 13a
Enneda, Glarus/Schweiz

Patentansprüche

.) Betätigungsanordnung oder Stellglied zum Verdrehen einer Welle, dadurch gekennzeichnet durch einen an der Welle (1) befestigten Hebel (2) sowie einem Verbindungsglied (4), dessen eines Ende am Hebel (2) und dessen anderes Ende an einem Gleitsysteiii (5) befestigt ist, ferner mit einer selbständigen Antriebseinrichtung (7, 8) mit einer linearen Ausgangsgröße, um das Gleitsystem längs eines linearen Wegs zu verschieben.
2. Betätigungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitsystem (5) ein Rollensystem mit Rollen (16) ist.
3. Betätigungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung eine Spindel (7) umfaßt.
4. Betätigungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem Hebel (2) angetriebene Welle (1) an einer zwischen einer offenen und einer geschlossenen Position bewegbaren Verschlußklappe eines Trennventils, Trennschalters, Isolators o. dgl. befestigt ist.

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5. Betätigungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem Ende der Welle (1) ein Betätigungsorgang vorgesehen ist und angreift, mit einem einzigen Motor als Antriebs quelle für beide Betätigungsorgane und einer Querwellen-Kupplung zwischen diesen.
6. Sperrventil, Trennschalter o. dgl. mit einer zwischen einer offenen und einer geschlossenen Position beweglichen Verschlußklappe, einer an dieser befestigten Welle und einem Betätigungsorgan zur Verdrehung der Welle und damit der Verschlußklappe zwischen ihrer offenen und geschlossenen Position, gekennzeichnet durch einen an der Welle (1) befestigten Hebel (2) sowie einem Verbindungsglied (4), dessen eines Ende am Hebel (2) und dessen anderes Ende an einem Gleitsystem (5) befestigt ist, ferner mit einer selbständigen Antriebseinrichtung (7, 8) mit einer linearen Ausgangsgröße, um das Gleitsystem längs eines linearen Wegs zu verschieben.
7. Sperrventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem Wellenende ein Betätigungsorgan vorgesehen ist mit einem einzigen, beide Betätigungsorgane antreibendem Motor sowie einer Querwellenkupplung für die Betätigungsorgane.

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