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Antriebsvorrichtung für Ventile
Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für Ventile, die wahlweise von Hand aus oder über einen Elektromotor antreibbar sind, mit einer Kupplungsmuffe, die mittels einer von aussen betätigbaren Gabel aus ihrer Normalstellung, in der sie die Motorwelle mit einer koaxialen, die Ventilspindel antreibenden Welle verbindet, gegen Federwirkung in eine den Handantrieb ankuppelnde Stellung verschiebbar ist, in der sie von einer durch Drehung der Motorwelle lösbaren Sperre gehalten ist. Antriebsvorrichtungen dieser Art sind für Ventile bestimmt, die im Normalfall über den Elektromotor betätigt werden und nur fallweise, beispielsweise bei Reparaturen, auf Handbetrieb umgestellt werden. Aus diesem Grund ist die Sperre so vorgesehen, dass sie aus ihrer den Handantrieb ankuppelnden Stellung durch Drehung der Motorwelle gelöst werden kann.
In der Praxis sind die bisherigen Antriebsvorrichtungen dieser Art äusserst kompliziert aufgebaut und weisen daher oft nicht die hinreichende Betriebssicherheit auf. Darüber hinaus sind die bekannten Antriebsanordnungen nur für langsam laufende Motoren geeignet. Bei manchen Ausführungen ist die Kupplungsmuffe mit Hilfe einer von aussen über einen Handhebel betätigbaren Gabel verstellbar, wobei der Handhebel zugleich mit der Gabel eine Sperrklinke betätigt, die mit einer federnden Rast in Eingriff kommt, welche Rast durch Drehung der Motorwelle über eine von der Motorwelle antreibbare Nocke auslösbar ist. Bei einer andern Ausführung ist die Gabel als doppelarmiger Schwenkhebel ausgebildet, deren zweiter zum Verstellen der Gabel dienender Hebelarm zwischen zwei federnd gegeneinander gedrückten Backen gehalten ist.
Die Backen besitzen eine Raststellung, in der sie den Hebelarm und damit die Gabel in deren den Handantrieb kuppelnden Stellung fixieren. Wird nun der Motor eingeschaltet, dann spreizt er über eine mit ihm verbundene Nocke die beiden Backen auseinander, so dass die wieder federbelastete Gabel in die andere KuppelsteUung zurückkehren kann. Bei ändern Ausführungen ist die Sperre durch eine auf der Motorwelle sitzende, bei angetriebenem Motor durch Fliehgewichte verstellte Muffe lösbar.
Die Erfindung betrifft nun eine Antriebsvorrichtung der eingangs genannten Art und besteht im wesentlichen darin, dass die Sperre aus einem an der die Kupplungsmuffe steuernden Gabel drehbar gelagertem Hebel besteht, der bei den Handantrieb kuppelnder Muffe unter Federwirkung in eine zur Motorwelle parallele Stellung schwenkbar ist und sich mit seinem freien Ende exzentrisch auf einem mit der Motorwelle fest verbundenen Flansch abstützt. Vorzugsweise sind dabei die Berührungsflächen von Hebel und Flansch aufgerauht. Um bei angekuppeltem Motor auf alle Fälle ein Einschalten des Handantriebes zu verhindern, ist erfindungsgemäss am Hebel ein Ansatz vorgesehen, der beim Verschieben der Muffe in die den Motor kuppelnde Stellung aus einem gehäusefesten Anschlag aufläuft, der den Hebel bei angekuppeltem Motor ausser Berührung mit dem Flansch hält.
Weitere Einzelheiten und zweckmässige Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes gehen aus der nachfolgenden Zeichnungsbeschreibung hervor :
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer erfihdungsgemässen Antriebsvorrichtung veranschaulicht. Es zeigen : Fig. 1 die Antriebsvorrichtung in Vorderansicht, teilweise im Schnitt nach der Linie A-A der Fig. 2, wobei ein Teil des Gehäuses für den elektrischen Schalter fortgelassen ist, Fig. 2 eine Seitenansicht, in der der Motor nicht dargestellt wurde, Fig. 3 eine Draufsicht, insbesondere im Schnitt nach der Linie B - B der Fig. 1 und Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie C - C der Fig. 3, wobei aber das Gehäuse des elektrischen Schalters in Ansicht dargestellt wurde.
In den Zeichnungen ist mit 1 eine Ventilspindel bezeichnet, welche senkrecht durch ein Gehäuse 2 geht und von einer zwischengeschalteten Schneckenwelle 3 aus über ein Schneckenrad 4 und eine Antriebsmutter 5 betätigt wird. Die Schneckenwelle 3 ist so eingerichtet, dass sie wahlweise entweder mit Hilfe einer
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Kupplung, die allgemein mit 6 bezeichnet ist, mit einer durch ein Handrad 8 angetriebenen Welle 7 oder der treibenden Welle 9 eines Elektromotors 10 mit umsteuerbarer Drehrichtung verbunden werden kann.
Der Elektromotor ist am kreisförmigen Kupplungsgehäuse 11 befestigt, welches mit dem Gehäuse 2 aus einem Stück besteht und von dessen einer Seite ausgeht. Quer hiezu ist ein elektrischer Schaltkasten 12 an der Vorderwand des Gehäuses 2 befestigt.
Die Welle 7 des Handrades ist in den gegenüberliegenden Wänden 13 und 14 des Gehäuses 2 drehbar gelagert und durch einen Kragen 15 gegen Bewegungen in Axialrichtung gesichert. An dem in das Kupplungsgehäuse 11 ragenden Ende ist an der Welle 7 ein Zahnrad 16 befestigt.
Das Ende der Motorwelle 9 liegt in einem zylindrischen Teil 17 des Motorgehäuses, welches eine Verlängerung des Kupplungsgehäuses 11 bildet, und an welchem es befestigt ist. Die an einem Ende der Welle 9 angeordnete Hülse 18 ist mit einem Flansch oder einer Scheibe 19 von grossem Durchmesser sowie mit zwei Kupplungsklauen 20 versehen.
Die Schneckenwelle 3 ist koaxial mit der Motorwelle 9 angeordnet und in den Kugellagern 21 und 22 gelagert, welche ihrerseits in der Seitenwand 13 des Gehäuses und in einer Konsole 23, die dicht am Ende der Welle 9 durch das Kupplungsgehäuse 11 geht, befestigt sind.
Ein Kupplungsglied in Form einer Hülse 24 ist auf dem freien Ende der Schneckenwelle 3 in Nuten geführt, so dass es in Axialrichtung verschiebbar, jedoch undrehbar mit der Welle verbunden ist. Die Kupplungshülse 24 besitzt am Aussenumfang verlaufende Nuten 25 und ist an einem Ende mit zwei Klauen 26 versehen, welche mit den Klauen 20 auf der Motorwelle 9 in Eingriff treten können. An ihrem andern Ende ist ferner ein Zahnrad 27 angeordnet, welches mit dem Zahnrad 16 auf der Welle 7 des Handrades kämmt.
Die Kupplungshülse 24 kann in Axialrichtung mit Hilfe einer Gabel 31 ausser Eingriff mit der Motorwelle 9 gebracht werden. Die Gabel ist an einer Spindel 32 befestigt, die von einem Handhebel 33 aus gedreht wird und hiedurch die Gabel betätigt. Die Gabel 31 besteht aus zwei Armen 34, die mit Naben 35 ausgestattet sind, welche mittels der Stifte 36 an der Spindel 32 befestigt und durch eine Stange 37, die eine nach abwärts verlaufende Verlängerung der Arme auf einer Seite bildet, fest verbunden ist. Ein Zapfen 38 ragt von jedem Arm 34 der Gabel in die Nut 25 der Kupplungshülse.
Die Kupplungshülse 24 wird mittels Federkraft in Richtung des Flansches oder der Scheibe 19 auf der Motorwelle 9 durch zwei Paare von C-förmigen Federn 39 gedrückt, welche die Spindel 32 umgreifen und jeweils mit den Endteilen 40 und 41 versehen sind. Die Endteile 40 drücken auf die Stange 37 der Gabel, während die Endteile 41 an zwei Vorsprüngen 42 anliegen, die vom Kupplungsgehäuse 11 abstehen. Die Bewegung der Kupplungshülse 24 in Richtung vom Flansch 19 fort ist durch die Zusammendrückbarkeit der Feder 39 begrenzt. Die Bewegung der Hülse in Richtung des Flansches ist durch eine Stellschraube 43, die an der Stange 37 der Gabel angeordnet ist, und einen Vorsprung 44 am Kupplungsgehäuse 11 festgelegt. Die Schraube 43 kann so eingestellt werden, dass die Klauen 26 und 20 ausreichend tief miteinander in Eingriff treten.
An einem der Zapfen 38 der Gabel ist eine Sperrklinke 45 schwenkbar angeordnet, die durch eine Druckfeder 46 in eine im wesentlichen parallel zu der Schneckenwelle 3 verlaufende Stellung gedrückt wird. Die Sperrklinke 45 kann sich in diese Stellung bewegen, wenn die Kupplungshülse 24 durch Betätigung des Handhebels 33 entgegen der Wirkung der Feder 39 völlig zurückgezogen worden ist. Die Hülse ist so lang bemessen, dass die Klauen 26 ausser Eingriff mit den Klauen 20 sind, wenn ihre flache Endfläche am Flansch 19 anliegt und das Zahnrad 27 mit dem Zahnrad 16 in Eingriff steht, wobei die Schnekkenwelle 3 antriebsmässig mit dem Handrad 8 verbunden ist.
Wie am besten aus Fig. 1 hervorgeht, liegt die Sperrklinke 45 exzentrisch zur Achse der Motorwelle 9 am feststehenden Flansch 19 an. Wenn daher der Motor eingeschaltet wird und die Welle 9 in Drehung
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der Sperrklinke und des Flansches das Ende der Sperrklinke, und die Sperrklinke dreht sich um den Zapfen 38, bis sie eine Stellung einnimmt, in der sie die Kupplungshülse 24 nicht mehr entgegen der Wirkung der Federn 39 hält, so dass diese die Kupplungshülse verschieben, bis die Klauen 26 mit den Klauen 20 in Eingriff treten und das Zahnrad 27 ausser Eingriff mit dem Zahnrad 16 gelangt. Während die Kupplungshülse vorrückt, kommt ein von der Sperrklinke 45 vorstehender Stift 47 mit einer Führungsstange 48 in Berührung, welche fest im Kupplungsgehäuse 11 angeordnet ist.
Das weitere Vorrücken der Kupplungshülse bewirkt, dass der Stift 47 an der Stange 48 entlanggleitet, so dass die Sperrklinke vom Flansch 19 fort gedrückt und ausser Berührung mit ihm gehalten wird, solange sich die Motorwelle 9 dreht. Auf diese Weise wird ein Verschleiss der Oberflächen der Sperrklinke und des Flansches verhütet. Die Oberfläche des Flansches 19 kann mit Nuten versehen oder aufgerauht sein, um die Reibung zwischen Flansch und Sperrklinke zu erhöhen.
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Vorzugsweise ist der Steuerhebel 33 der Kupplung so angebracht, dass er selbsttätig in betriebsbereite Stellung zurückkehrt, sobald er von der Bedienungsperson freigegeben wird. Die Spindel 32 ist in einer Konsole 49 befestigt, welche am Gehäuse 11 angebracht ist und von diesem absteht, um einen Kragen 50, der an einem Ende des Hebels 33 angeordnet ist, aufzunehmen. Der Kragen 50 wird auf der Spindel mittels eines Kragens 51 gehalten, der seinerseits durch einen Gewindestift 52 an der Spindel befestigt ist.
Eine C-förmige oder ein Paar von C-förmigen Federn 53 liegt in einer Ausnehmung 54 im Kragen 50 und ist mit Endstücken 55 und 56 versehen, die durch einen Schlitz 57 gehen. Das Endstück 55 liegt an einem Stück 58 an, das vom Kupplungsgehäuse absteht, und das Endstück 56 stützt sich gegen eine senkrecht verlaufende Kante des Schlitzes 57 ab. Wenn die Feder oder die Federn 53 gedehnt sind, liegt die andere senkrechte Kante des Schlitzes an der andern Seite des Stiftes 58 an. Wenn die Spindel 32 sich in ihrer vorderen Stellung befindet, in der die Klauen der Kupplungshülse 24 eingreifen, wird der Kragen 51 am Ende der Spindel so eingestellt, dass ein Vorsprung 59 am Kragen an einem Vorsprung 60 des Hebels 33 anliegt oder sich dicht neben ihm befindet.
Um von Kraftantrieb auf Handantrieb jberzugehen, wird der Hebel in der Weise bewegt, dass der Vor- sprung 60 auf den Vorsprung 59 drückt, um die Spindel 32 im Uhrzeigersinn - von oben gesehen-zu drehen, wodurch die Feder oder die Federn 53 zusammengedrückt werden. Wenn der Hebel freigegeben wird, kehrt er unter der Wirkung der Feder oder der Federn in seine Ausgangsstellung zurück. Die Spindel wird auf Grund der selbsttätigen Wirkungsweise der Sperrklinke 45 verriegelt, um den Rückgang der Kupp- lungshiilse 24 zu verhindern und der Hebel braucht erst dann wieder betätigt zu werden, wenn abermals von Kraftantrieb auf Handbetätigung übergegangen werden soll.
Der Kraftantrieb erfolgt von der Welle 3 auf das Schneckenrad 4 über eine Schnecke 65, welche auf der Welle in einer später beschriebenen Weise befestigt ist. Das Schneckenrad 4 ist fest mit einer Hülse 66 eines doppelt konischen Rollendrucklagersverbanden, dessen obere Rollen 68 im Unterteil des Gehäuses 2, dessen untere Rollen 69 in einem Hilfsgehäuse 64, das mittels der Bolzen 70 am Gehäuse 2 befestigt ist, untergebracht sind. Die Bolzen 70 dienen ferner dazu, die Betätigungsvorrichtung auf dem Ventilgehäuse mittels Stützen oder Formstücken zu befestigen. Die Büchse 66 kann mittels einer Schraube 67 verriegelt sein.
Das Schneckenrad 4 ist gegenüber der Antriebsmutter 5 frei drehbar, deren Ende in einer abgesetzten Bohrung im Inneren der Büchse 66 liegt. Das Schneckenrad ist mit einem Stift 71 versehen, der seitlich vorsteht und in einem bogenförmigen, am Umfang angeordneten Schlitz 73 des Flansches 72 der Antriebsmutter 5 liegt. Hiedurch entsteht im Antrieb eine Totegangverbindung, welche dafür sorgt, dass ein Stoss auf die Ventilspindel übertragen wird, der nach Art eines Hammerschlags auf ein festgeschlossenes Ventil wirkt und es aus seinem Sitz hebt. Der Stift 71 bewegt sich bei Beginn eines Öffnungs- oder Schliessvor- gangs von einem Ende des Rücksprungs bis zum andern, so dass für einen ausreichenden toten Gang gesorgt ist, durch welchen der Motor seine volle Drehzahl erreichen kann, bevor die Antriebskraft auf die Ventilspindel übertragen wird.
Wenn die Betätigungsvorrichtung zum Antrieb eines Steuerventils benutzt wird, ist eine derartige Totegangverbindung im Antrieb unerwünscht, so dass diese Vorrichtung weggelassen und das Schneckenrad unmittelbar mit der Antriebsmutter verkeilt wird.
Die Ventilspindel 1 steht nach oben über das Gehäuse hinaus und ist durch ein Rohr 74 abgedeckt, welches von einer abnehmbaren Deckplatte 75 getragen wird. Die Ventilspindel ist mit einem Schraubewinde versehen, mit welchem sie mit der Antriebsmutter 5 in Eingriff steht, wobei sie gleichzeitig gegen Drehung gesichert ist, da die Antriebsmutter auf geeignete Weise gegen Längsbewegungen fest liegt. In den Fig. 3 und 4 ist die Vorrichtung am Ende einer Öffnungsbewegung des Ventils dargestellt und gleichzeitig ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, bei welchem bei Drehung des Handrades im Uhrzeigersinn das Ventil sich schliesst. Die Schnecke 65 ist rechtsgängig, so dass eine Drehung im Uhrzeigersinn des Handrades über die Zahnräder 16 und 27 und Schnecke 35 eine Drehung im Uhrzeigersinn des Schneckenrades 4 erzeugt.
Um hiedurch eine abwärts gerichtete Schliessbewegung der Ventilspindel zu erzielen, ist deren Schraubgewinde linksgängig ausgebildet.
Der Schliessvorgang des Ventils ist selbsttätig durch einen auf ein bestimmtes Drehmoment ansprechenden Endschalter begrenzt, welcher den Motorstrom unterbricht. Die Anbringung eines derartigen Schalters schützt darüber hinaus das Ventil vor Schäden, im Falle eines Hindernisses ein Verklemmen eintritt. Der Schalter arbeitet folgendermassen ; Die Schnecke 65 ist auf einer Hülse 76 angeordnet, die mittels Nuten auf der Welle 3 verschiebbar ist, jedoch durch das Lager 21 an einer Bewegung in der einen und durch eine starke Feder in Form eines Paketes von gewölbten Federscheiben 77 an einer Bewegung in der andem Richtung gehindert ist.
Ein Hebel 78 ist an einer Spindel 79 befestigt, welche in den elektrischen Schaltkasten 12 führt und funktionell mit einem bei einem bestimmten Drehmoment ansprechenden End-
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schalter 80 verbunden ist. Ein Stift 81 des Hebels 78 greift in eine am Umfang der Hülse 76 angeordnete Nut 82 ein, Wenn sich das Schneckenrad 4 im Uhrzeigersinn beim Schliessen des Ventils dreht, wird bei plötzlicher Abbremsung des Schneckenrades wegen der erreichten Schliessstellung oder eines beim Schlie- ssen auftretenden Verklemmen die Schnecke 66 und die Hülse 76, auf der die erstere befestigt ist, in Richtung der Federscheiben 77 bewegt und der Schalter 80 durch den Hebel 78 betätigt. Der Schalter kann so eingestellt werden, dass er bei einem vorgegebenen Drehmoment in der angetriebenen Welle anspricht.
Die Einstellung ist innerhalb eines weiten Bereiches möglich.
Der Öffnungsvorgang des Ventils wird durch einen Endschalter abgebrochen, der durch eine von der Stellung des Ventils abhängige Vorrichtung gesteuert wird. Zu diesem Zweck steht eine Schnecke 83 auf der. Antriebsmutter 5 in Eingriff mit einem Schneckenrad 84 auf einer Welle 85, die in den elektrischen Schaltkasten 12 geht und einen Endschalter 86 über ein veränderbares Gestänge 87 betätigt. Die Welle 85 ist ebenfalls mit einem Anzeiger 88 für die Ventilstellung versehen, der durch ein Fenster 89 im Deckel des Schaltkastens beobachtet werden kann. Der Schliessvorgang des Ventils kann ebenso durch einen von der Welle 85 betätigten Endschalter beendet werden. Im Schaltkasten sind ferner eine Stromanzeigelampe und Sicherheitsschalter angeordnet.
Nach einem abgewandelten Ausführungsbeispiel kann der auf Drehmoment ansprechende Schalter zusätzlich bei Auftreten eines vorgegebenen Drehmoments auch während des Öffnungsvorgangs betätigt werden. Zu diesem Zweck wird ein weiteres Paket von gewölbten Federscheiben zwischen die Hülse und das Lager 21 gelegt, so dass die Hülse auf der Schneckenwelle 3 2. US ihrer Normalstellung in beiden Richtungen beweglich ist.
Das Gehäuse 2 ist mit Öl gefüllt und mit Schraubverschlüssen zum Füllen, Einstellen des Ölspiegels und Entleeren des Gehäuses versehen. Die Dichtungsringe 91 dichten die Schneckenwelle 3 und die Welle des Handrades 7 gegen das Gehäuse 2 an den Durchtrittsstellen ab. Weitere Dichtungen sind zwischen der Antriebsmutter 5 und der Deckplatte 75 sowie zwischen der Büchse 66 und dem Hilfsgehäuse 69 vorgesehen. Die Durchlässe 92 verbinden das Gehäuse 2 mit dem Hilfsgehäuse 69. Ein Fettnippel 93 ist am Rohr 74 zur Schmierung der Ventilspindel l angeordnet.
Obwohl die Betätigungsvorrichtung insbesondere für höhenverstellbare Ventilspindeln geeignet ist, kann sie auch für angetriebene Wellen oder Ventilspindeln benutzt werden, die drehend angetrieben werden. In solchen Fällen wird die Antriebsmutter durch eine Antriebshülse ersetzt, die in Nuten auf der angetriebenen Welle oder der Ventilspindel geführt ist.
PATENTANSPRÜCHE : l. Antriebsvorrichtung für Ventile, die wahlweise von Hand aus oder über einen Elektromotor antreibbar sind, mit einer Kupplungsmuffe, die mittels einer von aussen betätigbaren Gabel aus ihrer Normalstellung, in der sie die Motorwelle mit einer koaxialen, die Ventilspindel antreibenden Welle verbindet, gegen Federwirkung in eine den Handantrieb ankuppelnde Stellung verschiebbar ist, in der sie von einer durch Drehung der Motorwelle lösbaren Sperre gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperre aus einem an der die Kupplungsmuffe (24) steuernden Gabel (34) drehbar gelagerten Hebel (45) besteht, der bei den Handantrieb kuppelnder Muffe (24) unter Federwirkung (46) in eine zur Motorwelle (9)
parallele Stellung schwenkbar ist und sich mit seinem freien Ende exzentrisch auf einen mit der Motorwelle (9) fest verbundenen Flansch (19) abstützt.