DE3909150C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ventilbetätigung mit

• 1. einer ersten Eingabeeinheit und einem ersten selbsthemmenden Schnecken­ getriebe für eine erste Antriebskraft,
• 2. einer zweiten Eingabeeinheit und einem zweiten selbsthemmenden Schneckenge­ triebe für eine zweite Antriebskraft,
• 3. einem Planetengetriebe, weiches
  • a) ein außenverzahntes Zentralrad, und
  • b) einen drehbaren Planetenträger mit mindestens einem daran gelagerten Planetenrad
  • c) ein innenverzahntes Zentralrad aufweist.

Aus der DE-OS 15 50 502 ist bereits eine Ventilbetätigung bekannt, die mit Ausnahme des innenverzahnten Zentralrades alle vorstehenden Merkmale aufweist. Weiterhin ist es aus dieser Druckschrift an sich schon bekannt, ein Schneckengetriebe abtriebsseitig mit einem außenver­ zahnten Zentralrad zu koppeln und ein anderes Schneckengetriebe abtriebsseitig mit dem Planetenträger zu koppeln.

Diese Ventilbetätigung muß jedoch mit zwei außenverzahnten Zentralrädern unterschiedlicher Zähnezahl, jedoch gleichen Durchmessers, arbeiten, die jeweils mit demselben Planetenrad kämmen. Dies erzwingt eine Profilverschiebung mindestens eines Zentralrades und vorzugsweise von beiden. Eine derartige Profilverschiebung führt jedoch zu einem starken Verschleiß der außenverzahnten Zentralräder und auch des Planetenrades. Darüber hinaus ist die Verwendung mehrerer Planetenräder nur bei ganz bestimmten Zähnezahlverhältnissen der beiden außenver­ zahnten Zentralräder möglich. Andererseits dürfen jedoch die Zähnezahlen der beiden außenver­ zahnten Zentralräder nicht zu weit auseinanderliegen, da ansonsten die Profilverschiebung und der daraus resultierende Verschleiß unannehmbar groß wird. Die Zahl der Planetenräder ist damit praktisch auf eins oder zwei begrenzt.

Die Ventilbetätigung nach der US-PS 42 61 224 ist wahlweise mit einem Motor oder manuell bedienbar. Der Motor ist über eine spezielle Einwegkupplung mit dem Sonnenantriebsorgan (Sonnenradantrieb) des Planetenaufbaues gekuppelt, was erlaubt, daß der Motor das Sonnenrad durch die Rotation des Motors in jede Richtung dreht, jedoch die Drehung des Sonnenrades verhindert, wenn der Motor festgesetzt ist. Ein Handrad ist mit dem Ringantriebsorgan des Planetenaufbaues über eine Schnecke und einen Zahntrieb (bzw. ein Ritzel) verbunden, so daß das Handrad das Ringrad (das Ringantriebsorgan) unter manueller Betätigung antreiben kann, wobei jedoch das Ringantriebsorgan von dem Zahntrieb gehalten wird, wenn das Handrad unbenutzt ist bzw. stillsteht.

Im einzelnen weist die Ventilbetätigung nach der US 42 61 224 eine erste Eingabeeinheit mit einem ersten selbsthemmenden Schneckengetriebe für eine erste Antriebskraft auf sowie ein Planetengetriebe, welches aus einem außenverzahnten Zentralrad, einem drehbaren Planeten­ träger mit mindestens einem daran gelagerten Planetenrad besteht, ein Ringrad, sowie einen Hand- und einen Motorantrieb. Dabei wird jedoch die gegenseitige Unabhängigkeit der Antriebe nur mit Hilfe von zusätzlichen Bremsmechanismen erzielt, wobei außerdem nur ein einzelner Schneckenantrieb vorgesehen und die Getriebeanordnung insgesamt sehr aufwendig ist.

Allgemeine Erfordernisse bei der Anwendung von Ventilen legen fest, daß motorisierte Ventilbetätigungen oder -betätiger für eine manuelle Bedienung vorgesehen sein müssen für den Fall eines Stromausfalles oder für die anfängliche Installation und den Aufbau, wenn möglicherwei­ se kein Strom (bzw. Motorleistung) vorhanden ist. Die Sicherheitsanforderungen legen fest, daß die Motor- und Handantriebe unabhängig voneinander arbeiten, so daß die Bewegung einer manuellen Eingabeeinheit (Handrad, Hebel etc.) während der Motorbetätigung ausgeschlossen ist. Üblicherweise ist die Anforderung nach einer unabhängigen manuellen Betätigung dadurch erfüllt worden, daß eine Kupplungseinrichtung im dem Motorgetriebe des Betätigers angeordnet oder an diesem angebracht wurde. Die Funktion der Kupplungseinrichtung besteht darin, den einen Antrieb (Motor- oder Handantrieb) außer Eingriff zu bringen, während der jeweils andere (Hand- oder Motorantrieb) in Eingriff gebracht wird.

Das Ein- oder Auskuppeln der Kupplungsvorrichtung kann durch verschiedene Mittel bewirkt werden einschließlich:

• i) Herabdrücken eines Hebels, um ein Kupplungselement zu bewegen;
• ii) Ineingriffdrücken oder -ziehen eines Handrades; und
• iii) Drehen eines Handrades, welches bewirkt, daß die Kupplungselemente in Eingriff treten.

Alle der oben genannten Vorrichtungen sehen einen vollständig unabhängigen Hand- oder Motorantrieb vor, d. h. die Antriebsanordnung ist entweder eine Motoranordnung oder eine manuelle Anordnung, die Antriebe stehen nie gleichzeitig in Eingriff.

Es können auch andere Arten von Kupplungen verwendet werden, welche Kraftübertragung in nur eine Richtung vorsehen, d. h. ein Drehmoment im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn kann über ein Handrad durch die Kupplung auf das Motorgetriebe übertragen werden, kann jedoch nicht von dem Motorgetriebe durch die Kupplung auf das Handrad übertragen werden. Kupplungsanordnungen dieser Art haben den Nachteil, daß sie von dem Motorelement rückwärts angetrieben werden, falls das Motorelement nicht durch eine weitere Einrichtung bzw. eine Wechseleinrichtung außer Eingriff gebracht wird.

Gegenüber dem oben genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Ventilbetätigung zu schaffen, die einen einfacheren Aufbau hat und deren Planetengetrieberäder einem geringeren Verschleiß unterworfen sind, wobei die Zahl der Planetenräder im Prinzip nicht begrenzt ist.

Diese Aufgabe wird bei einer Ventilbetätigung mit den eingangs genannten Merkmalen, dadurch gelöst, daß das Drehelement des Betätigungsorgans mit dem außenverzahnten Zentralrad oder dem Planetenträger des Planetengetriebes gekuppelt ist, und daß eines der beiden Schneckengetriebe abtriebsseitig mit dem innenverzahnten Zentralrad und das andere Schneckengetriebe abtriebsseitig mit dem nicht mit dem Drehelement gekuppelten Getriebeelement (außenverzahntes Zentralrad 50, 50′; Planetenträger 47) verbunden ist.

Der erfindungsgemäße Ventilbetätigungsmechanismus wird entweder durch Motorkraft oder von Hand betätigt. Die von dem Motor bereitgestellte Antriebskraft wird über eine Kombination aus einer Schnecke und einem Antriebsorgan auf das außenverzahnte Zentralrad übertragen, welches wiederum die Kraft auf ihm benachbarte Planetenantriebsorgane überträgt. Die Planetenantriebs­ organe übertragen die Kraft über Planetenträgerarme auf die Antriebshülse und dieses Bauteil bewegt die Ventilstange in der entsprechend richtigen Richtung. Wenn die Steuerung der Stange durch das Handrad vorgesehen werden soll, überträgt die daran angeordnete Kombination aus Schnecke und Antriebsorgan die Eingabekraft auf das innenverzahnte Zentralrad (Ringrad), welches die Kraft durch die Planetengetriebe auf die Antriebshülse und die Stange, wie oben beschrieben, überträgt. Entweder die Motorschnecke und -antriebsorgan oder die Handrad­ schnecke und -antriebsorgan sichern sich selbst (sind selbstsichernd) und verhindern dadurch, rückwärts angetrieben zu werden, wenn das jeweils andere Energie darauf aufbringt.

In einer anderen Ausführungsform sind Planetenantriebsorgane an einem motorgetriebenen Schneckenantrieb angebracht und das Ringantriebsorgan ist an dem handradbetriebenen Schneckenantrieb angebracht und dreht sich mit diesem. Die Eingabe durch den Motor bewirkt, daß der Schneckenantrieb das Sonnenrad antreibt, wogegen bei der Handradbetätigung die Planetenantriebsorgane Vorgelege- bzw. Leerlaufantriebsorgane sind und Kraft von dem Handradschneckengetriebe durch das Ringantriebsorgan, die Vorgelegeplanetenantriebsorgane zu dem Sonnenantriebsorgan übertragen wird. In beiden Fällen treibt das Sonnenantriebsorgan die Betätigerhülse und damit die Stange an, welche das Ventil bewegt.

Durch die vorliegende Erfindung wird ein Ventilbetätigungsmechanismus bereitgestellt, welcher keine Kupplungsvorrichtung verwendet, durch welche die nicht benutzte Eingabeeinheit während der Betätigung außer Eingriff gebracht wird. Außerdem wird mit der vorliegenden Erfindung ein Ventilbetätigungsmechanismus bereitgestellt, der die Vorwärts- und Rückwärtsbewegung an einer Ventilstange vorsieht, entweder durch die Eingabe von einem motorgetriebenen Schneckengetrie­ be oder von einem handbetätigten Schneckengetriebe, indem Planetenantriebsorgane verwendet werden, weiche Bewegung auf ein außenverzahntes Zentralrad (Sonnenrad) übertragen. Im folgenden wird die Erfindung anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsformen näher erläutert.

Fig. 1 ist die Draufsicht auf einen Ventilbetätigungsmechanismus 10, mit einem aufgeschnittenen Gehäuse 11 und der teilweise weggeschnittenen Ventilstange und Antriebshülse, um die Motorschnecke darzustellen;

Fig. 2 ist eine Schnittansicht eines Ventilbetätigers 10 entlang der Linien II-II in Fig. 1;

Fig. 3 ist eine Schnittansicht des Ventilbetätigers 10 entlang der Linien III-III in Fig. 2;

Fig. 4 ist eine Schnittansicht eines Ventilbetätigers 10 entlang der Linien IV-IV in Fig. 2;

Fig. 5a und 5b sind schematische Darstellungen des Ventilbetätigers 10, wobei Pfeile zeigen, wie die Steuerung und die Energie von dem Motor (5a) oder dem Handrad (5b) übertragen werden;

Fig. 6 zeigt, ähnlich Fig. 2, eine Schnittansicht einer anderen Ausführungsform eines Ventilbetätigers 10′ mit dem Sonnenrad 50′, welches direkt mit der Betätigerhülse 60′ und den Planetenrädern 40′ mit dem Motorschneckengetriebe 35′ verbunden ist; und die

Fig. 7a und 7b sind schematische Darstellungen des Ventilbetätigers 10′, wobei Pfeile zeigen, wie die Steuerung und die Energie von dem Motor (Fig. 7a) oder dem Handrad (Fig. 7b) übertragen werden.

Fig. 1 stellt die Draufsicht eines Betätigermechanismus 10 dar. Der Mechanismus 10 ist in einem Gehäuse 11 aufgenommen, beispielsweise einem Untergehäuse 11 a mit einem Deckelgehäuse 11b, welches mit diesem verschraubt ist. Der Mechanismus 10 kann aus rostfreiem Stahl oder einem anderen ähnlichen Material hergestellt werden und steuert die Bewegung (wie noch beschrieben werden wird) einer Stange bzw. Ventilspindel 59 in einer Antriebshülse bzw. Spindelmutter 60, wobei die Ventilspindel 59 im Betrieb mit einem (nicht dargestellten) Ventil verbunden ist.

Wie man in Fig. 1 sieht hat der Ventilbetätiger 10 sowohl einen Motorantrieb 18 von dem Motor 14 als auch einen handbetätigten Antrieb 15 von einem Handrad 16. (Die Stange 59 und die Antriebshülse bzw. Spindelmutter 60 sind in Fig. 1 teilweise unsichtbar gemacht worden, um die Motorschnecke 25 darzustellen). Die Motorwelle 18 ist mit einem Zahnrad 19 verbunden, welches in bekannter Weise mit einem Zahnrad 22 kämmt und dieses dreht. Das Zahnrad 22 ist mit einer Welle 23 verbunden, welche die Motorschnecke 25 aufweist.

Der Antrieb durch das Handrad 16 ist am oberen Ende des Betätigers 10 in Fig. 1 zu sehen. Die Welle 15 ist mit einer (in Fig. 1 schemenhaft dargestellten) Schnecke 26 gekuppelt, welche ihrerseits mit dem Handradschneckengetriebe bzw. -schneckenrad 28 gekuppelt ist. Die Antriebshülse 60 ist in dem Betätiger 10 über Lager 31a, b und Dichtungen 32a, b genau passend festgelegt. Wenn Energie entweder von dem Motorantrieb 18 oder von dem Handradantrieb kommt, erlauben die Planetenräder 40 und das Ringrad 80 dessen Übertragung (wie noch erklärt werden wird) auf die Antriebsstange 59, um die Antriebsstange 59 in die Lee zu versetzen, ein (nicht dargestelltes) Ventil in eine offene oder eine geschlossene Stellung zu bringen. Sowohl das Motorschneckengetriebe als auch das Handradschneckengetriebe haben selbstsichernde Eigenschaften, durch die jegliche Bewegung derselben verhindert wird, wenn die Antriebseingabe nicht benutzt wird.

Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht eines Ventilbetätigers 10 entlang der Linien II-II in Fig. 1 und stellt die Wirkungsbeziehung zwischen der Motorschnecke 25 und dem Motorschneckengetriebe bzw. dem Motorschneckenrad 35 (welches in Fig. 1 schemenhaft dargestellt ist) dar, sowie auch die Wirkungs- bzw. Arbeitsbeziehung zwischen der Handradschnecke 26 (welche in Fig. 1 umrißhaft dargestellt ist) und dem Handradschneckengetriebe bzw. -rad 28. Die Kraftüber­ tragungsbeziehung zwischen der Schnecke 25 und dem Rad 35 kann man auch in Fig. 4 sehen, welche eine Schnittansicht entlang der Linien IV-IV in Fig. 2 ist. Das Rad 35 kann sich frei um eine Antriebshülse 60 in seinem inneren drehen und liegt, wie dargestellt, auf einem Abstands­ halter 30 auf und bewegt sich gegen diesen. Wie man in Fig. 4 sieht, trägt das Rad 35 mehrere (in Fig. 2 umrißhaft dargestellte) Keile 37, weiche in Keilnuten 38 in dem Sonnenrad 50 einrasten und dadurch die Drehbewegung des Rades 50 erzwingen, wenn eine Eingabebewegung durch die Schnecke 25 auf das Rad 35 übertragen wird.

Unmittelbar an einem vorspringenden Bund 52 des Sonnenrades 50 befindet sich eine Stützscheibe 53, um eine Bewegungsstütze für die Planetenräder 40 vorzusehen. Wie in Fig. 3 dargestellt, die eine Schnittansicht entlang der Linien III-III in Fig. 2 ist, sind die Planetenräder 40 zwischen den Zähnen des Ringrades 80 und den Zähnen des Sonnenrades 50 treibend gekuppelt. Die Planetenräder 40 sind untereinander gleich, so daß die Beschreibung hier für sie alle gilt. Das Zahnrad 40 hat im allgemeinen die Form eines geraden Zylinders, an dessen Außenseite wie dargestellt Zähne verteilt sind. Eine Welle 41 verläuft durch die Mitte des Zahnrades 40 und ist mit einem Stift 42a an einem von mehreren Trägerarmen 47 befestigt. Ein zweiter Stift 42b oder dergleichen wird zum Sichern des unteren Abschnittes 43 daran verwendet, wobei der Abschnitt 43 auf der Stützscheibe bzw. dem Stützring 53 wie oben beschrieben gleitet. Die Trägerarme 47 sind an der Antriebshülse 60 z. B. mit Keilen 48 (schematisch in Fig. 2 dargestellt) befestigt und haben unmittelbar an ihrer Oberseite ein Nadellager 49.

Das Ringrad 80 umgibt die Planetenräder 40 (siehe Fig. 3) und ist mit der Stange 59 koaxial. Das Ringrad 80 liegt auf dem Nadellager 49 auf und ist an dem Handradschneckengetriebe 28 beispielsweise mit Keilen 37 (schematisch in Fig. 2 dargestellt) in bekannter Weise befestigt.

Die Fig. 5a und 5b sind eine schematische Darstellung des Ventilbetätigers 10, wobei Pfeile zeigen, wie die Steuerung und die Kraft entweder von der motorbetriebenen Schnecke (Fig. 5a) oder von der Handradschnecke (5b) auf die Stange übertragen wird. Fig. 5a stellt dar, daß die von einem Motor erbrachte Kraft durch eine Schnecke 25 auf ein Schneckenrad 35 übertragen wird. Die Bewegung wird von dort durch das Sonnenrad 50 auf die Planetenräder 40 übertragen. Da das Handradschneckengetriebe eine Bewegung des Ringrades 80 verhindert, erzwingen die sich bewegenden Planetenräder 40, daß die Trägerarme 47 und die Antriebshülse 60 Bewegung auf die Antriebsstangen 59 übertragen. Fig. 5b stellt dar, daß, wenn die Bewegung durch die Schnecke 26 und das Rad 28 auf das Ringrad 80 übertragen wird, die Wechselwirkung des Rades 80 mit den Planetenrädern 40 die Kraft durch die Trägerarme 47 auf die Antriebshülse 60 und die Stange 59 überträgt. Falls eine andere Anpassung (der Räder) gewünscht wird, können die Handradschneckenverbindung und die Motorschneckenverbindung ausgetauscht werden.

Fig. 6 stellt eine Schnittdarstellung (ähnlich Fig. 2) entlang der vertikalen Achse einer anderen Ausführungsform des Ventilbetätigers dar. (In Fig. 6 ist die mit dem Motor gekuppelte Schnecke 25 im Vergleich zu Fig. 2 auf der gegenüberliegenden Seite des Mechanismus 10′ dargestellt). Der Mechanismus 10′ hat eine mit der Hülse 60′ koaxiale Stange 59′, wobei die Hülse bzw. Mutter 60′ wie dargestellt mit dem Sonnenrad 50′ verbunden ist. Über Buchsen 39a bzw. b auf der Antriebshülse 60′ sind das Handradschneckenrad 28′ und das Motorschneckenrad 35′ auf der Antriebshülse frei drehbar. Das auf der Lagerbuchse 39a sich abstützende Schneckenrad 35′ umgibt die Buchse 39a, ist von kreisförmiger Gestalt und trägt mehrere gleichmäßig voneinander beabstandete, mit ihm verbundene Treibstifte 41′. Auf jedem Stift 41′ sitzt ein frei darauf drehbares Planetenrad 40′. Ein Sonnenrad 50′ ist auf dem mittleren Teil der Antriebshülse 60 zwischen den äußeren Lagerbuchsen 39a, b befestigt. Die Zähne des Sonnenrades kämmen mit den Zähnen der Planetenräder 40. Die Planetenräder 40′ koaxial umgebend und mit diesen treibend gekuppelt ist ein Ringrad 80′, welches Innenzähne hat. Das konzentrische Schneckenrad 28′ dreht sich frei um die Buchse 39b. In den schematischen Zeichnungen 7a und 7b ist dargestellt, wie der Mechanismus 10′ arbeitet, wenn Handrad und Motor in den oben beschriebenen Stellungen angeschlossen sind. Diese beiden Bauteile könnten ausgetauscht werden, wenn die geforderten Bedingungen eine Reduzierung auf den Motor oder das Handrad mit sich bringen. Wenn der Motor in erster Linie das Ventil antreibt, wirkt das Motorzahnrad 35′ als ein Planetenarm, und das Handschneckenrad 28′ ist gesichert (durch in der Technik bekannte Maßnahmen). Diese Sicherung fixiert das Ringrad 80′, und die Drehung des Motorschneckenrades 35′ bewirkt, daß die Planetenräder 40′ das Sonnenrad 50′ antreiben und damit auch die Antriebshülse 60′ und die Stange 59′. Soll das Ventil von Hand bewegt werden, ist das Motorschneckengetriebe fixiert, und die Drehung des Handradschneckenrades 28′ überträgt Drehmoment durch die vorgelegten Planetenräder 40′ auf das Sonnenrad 50′ und damit auf die Antriebshülse 60′ und die Stange 59′.

Claims (6)

1. Ventilbetätigung mit

• 1. einer ersten Eingabeeinheit (15) und einem ersten selbsthemmenden Schnecken­ getriebe (26, 28) für eine erste Antriebskraft,
• 2. einer zweiten Eingabeeinheit (23) und einem zweiten selbsthemmenden Schneckengetriebe (25, 35) für eine zweite Antriebskraft,
• 3. einem Planetengetriebe, welches
  • a) ein außenverzahntes Zentralrad (50, 50′),
  • b) einen drehbaren Planetenträger (47) mit mindestens einem daran gelagerten Planetenrad (40, 40′) und
  • c) ein innenverzahntes Zentralrad (80, 80′) aufweist, und
• 4. einem Betätigungsorgan mit einem von dem Planetengetriebe drehend angetriebe­ nen Drehelement (60, 60′),

wobei das Drehelement (60, 60′) entweder mit dem außenverzahnten Zentralrad (50, 50′) oder dem Planetenträger (47) gekuppelt ist, während eines der Schneckengetriebe (26, 28; 25, 35) abtriebsseitig mit dem innenverzahnten Zentralrad (80, 80′) und das andere Schneckengetriebe abtriebsseitig mit dem nicht mit dem Drehelement (60, 60′) gekuppelten Getriebeelement (außenverzahntes Zentralrad 50, 50′; Planetenträger 47) verbunden ist.

2. Ventilbetätigung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Schneckenge­ triebe (26, 28) mit einer Hand-Eingabeeinheit (15,16) gekuppelt ist, während das andere Schneckengetriebe (25,35) mit einer motorbetriebenen Eingabeeinheit (23, 14) gekuppelt ist.

3. Ventilbetätigung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsorgan eine Ventilspindel (59) ist und daß das Drehelement eine Spindeimutter (60) ist.

4. Ventilbetätigung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das innenverzahnte Zentralrad über das erste Schneckengetriebe (26, 28) mit der Hand- Eingabeeinheit in Verbindung steht.

5. Ventilbetätigung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das innenverzahnte Zentralrad (80) über das zweite Schneckengetriebe (25, 35) mit der Motor- Eingabeeinheit verbunden ist.