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Vorrichtung zur Hervorbringung der Drehbewegung eines
Schneckenrades oder Schneckenradsegmentes
Die Erfindung bezieht sich auf eine insbesondere für die Betätigung von Drehkolbenventilen anwend- bare Vorrichtung zur Hervorbringung der Drehbewegung eines Schneckenrades oder Schneckenradsegmentes, bei welcher die in das Schneckenrad oder Schneckenradsegment eingreifende Schnecke an einer Welle befestigt ist, welche mittels einer mit Druckmedium beaufschlagbaren Einrichtung in Drehung versetz- bar ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Vorrichtungen der genannten Art so auszugestalten, dass eine Drehbewegung des Schneckenrades mittels der Schnecke auch dann erzielbar ist, wenn hiezu der In üblicher Weise durch entsprechendes Drehen der Schnecke bewirkte Bewegungsantrieb fallweise nicht ausreichen sollte oder sich sonstwie, etwa wegen des hiefür erforderlichen grossen Drehmoments, unter gewissen Betriebsbedingungen als nachteilig erweisen würde. Die Antriebsvorrichtung soll also auch dann einwandfrei funktionieren, wenn das Schneckenrad seiner Verdrehung fallweise einen übermässig grossen Widerstand entgegensetzt, für dessen Überwindung der normale, durch Verdrehen der Schnecke stattfindende Antrieb nicht mehr geeignet erscheint.
Erfindungsgemäss wird ein allen Betriebsverhältnissen entsprechender Antrieb des Schneckenrades bzw.
Schneckenradsegmentes dadurch ermöglicht, dass die drehbare Schneckenwelle axial beweglich gelagert und zwecks Erzielung ihrer Axialbewegung mit einer zusätzlichen, mit Druckmedium beaufschlagbaren Einrichtung verbunden ist. Solcherart kann die Schnecke mittels der zusätzlichen, mit Druckmedium beaufschlagbaren Einrichtung bei Auftreten eines der Verdrehung des Schneckenrades entgegenwirkenden besonders grossen Widerstandes in Richtung ihrer Achse verschoben werden, wobei sie dann nach Art einer mit dem Schneckenrad kämmenden Zahnstange wirkt. Vorteilhafterweise wird man hiebei die Anordnung so treffen, dass durch die axiale Lage der Schneckenwelle bestimmt wird, welche der beiden mit Druckmedium beaufschlagbaren Einrichtungen jeweils in Funktion zu treten haben.
Zu diesem Zweck kann ein Steuerventil vorgesehen sein, mittels welchem der Zufluss von Druckmedium zu den mit letzterem beaufschlagbaren Einrichtungen für das Drehen und Axialbewegen der Schneckenwelle steuerbar ist, wobei das Steuerventil einen durch die Axialbewegung der Schneckenwelle verstellbaren Schaltarm aufweist.
Zum Steuern des Zuflusses von Druckmedium zu den mit letzterem beaufschlagbaren Einrichtungen für das Drehen und Axialbewegen der Schneckenwelle kann aber auch ein Steuerventil vorgesehen sein, das durch demselben über ein zusätzliches, durch die Axialbewegung der Schneckenwelle betatigbares Steuerventil zugeführtes Druckmedium verstellbar ist. Schliesslich kann die zum Drehen der Schneckenwelle vorgesehene, mit Druckmedium beaufschlagbare Einrichtung durch eine Pumpkupplung gebildet sein, von welcher aus zur Betätigung der zusätzlichen, mit Druckmedium beaufschlagbaren Einrichtung dienendes Druckmedium letzterer über ein durch den Förderdruck der Pumpkupplung gesteuertes Ventil zuführbar ist.
Die Erfindung soll nun im einzelnen beschrieben werden, u. zw. an Hand der Zeichnungen, in welchen Fig. 1 einen Teilschnitt darstellt, der eine Ausführungsform der Vorrichtung gemäss der Erfindung in Anwendung auf ein Drehkolbenventil zeigt. Fig. 2 ist eine ähnliche Darstellung einer andern Ausführungform, und Fig. 3 zeigt eine weitere abgeänderte Anordnung.
Bezugnehmend zunächst auf Fig. 1 ist ein Drehkolbenventil, das allgemein mit 10 bezeichnet ist, mit
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einem Schneckenrad oder Schneckenradsegment 11 ausgestattet, welches mit dem Ventil-Drehkolben auf Drehung verbunden ist. Das Schneckenrad oder Schneckenradsegment 11 wird von einer Schnecke 12 angetrieben, die auf einer Welle 13 befestigt ist, welche ihrerseits am einen Ende 14 verlängert ist, um einen in einem Zylinder 16 verschiebbaren Kolben 15 zu tragen. Die Welle 13 ist ferner über den Kolben I 15 hinaus verlängert und bildet einen Schaft 17, der in Keil- oder Keilverzahnungs-Verbindung mit einem Ring oder einer Muffe 18 steht, die ihrerseits von der treibenden Welle 19 eines hydraulisch wirkenden Motors 20 drehbar ist.
Die Schnecke 12 ist auf der Welle 13 befestigt, so dass die Einheit WelleSchnecke entweder axial mittels der mit Flüssigkeitsdruck beaufschlagbaren, den Kolben 15 und den Zylinder 16 umfassenden Bewegungseinrichtung, oder alternativ mittels der den hydraulisch arbeitenden Ge- ) triebemotor 20 umfassenden Bewegungseinrichtung gedreht werden kann.
Ferner ist eine Zahnradpumpe 21 vorgesehen, welche eine getriebene Welle 22 aufweist, die durch mechanisch oder von Hand betätigte Antriebsmittel gedreht werden kann. Eine Verbindungsleitung 23 führt zu einem Flüssigkeitsbehälter, und Rückschlagventile 24, 25, 26 und 27 sind in der gezeigten Weise eingeschaltet. Sicherheitseinrichtungen in Form von druckempfindlichen Ausschaltern sind mit 28 und 29 bezeichnet, wobei die Anordnung so getroffen ist, dass die Pumpe 21, je nach ihrem Drehsinn, Druckflüssigkeit entweder durch die Leitung 30 oder durch die Leitung 31 liefert, und einer der Schalter 28 und 29 in Wirkung tritt, um die Pumpe abzuschalten, wenn der Druck auf einen übermässig hohen Wert ansteigt.
Ausserdem ist ein Steuerventil 52 vorgesehen, in welchem ein Steuerschieber 33 angeordnet ist, der seinerseits mittels geeigneter Gelenke 34 an einen Schaltarm 43 und an einen Schwenkhebel 35 angeschlossen ist, an welch letzterem eine federbelastete Rolle 36 zur Hervorbringung einer Schnappwirkung angreift. Auf das eine Ende des Schwenkhebels 35 kommen an der Welle 13 im Abstand voneinander angeordnete Schultern 37 und 38 zur Einwirkung, so dass der Schwenkhebel am Ende jeder axialen Bewegung der Welle geschwenkt wird, wobei er den Steuerschieber 33 verschiebt.
Im Betrieb, u. zw. wenn zunächst angenommen wird, dass die Pumpe 21 Druckflüssigkeit in die Leitung 31 liefert, ist die in Fig. 1 veranschaulichte Stellung des Steuerschiebers 33 eine solche, dass Druckflüssigkeit durch das Ventil 32 über die Leitung 39 in den Zylinder 16 gefördert wird, um Welle und Schnecke von rechts nach links zu bewegen, wie in der Zeichnung dargestellt ist. Die Flüssigkeit, die sich links vom Kolben 15 befindet, fliesst über die Leitung 40 durch das Ventil 32 zur Leitung 41, die über eine Leitung 42 mit dem Flüssigkeitsbehälter in Verbindung steht. Am Ende dieser Bewegung erfasst der Schwenkarm 35 den als gegabelten Hebel ausgebildeten Schaltarm 43 und bewegt den Steuerschieber 33 nach rechts.
Die Leitung 31 wird nun über das Ventil 32 an die Leitung 44 angeschlossen, welche Druckflüssigkeit zum hydraulischen Motor 20 leitet, wobei die Flüssigkeit von diesem Motor durch die Leitung 45 zu- rück und über das Ventil 32 in die Leitung 41 und weiter über die Verbindung 42 zum Flüssigkeitsbehälter strömt. Gleichzeitig wird die Zufuhr von Druckflüssigkeit zum Zylinder 16 abgestoppt.
Der Motor 20 tritt nun in Tätigkeit und treibt die Welle 13 samt der Schnecke 13 an, so dass die Schnecke gegenüber dem Schneckenrad 11 zurückgeschraubt wird, bis der Steuerschieber 33 wieder in seine in der Zeichnung dargestellte Stellung zurückbewegt wird, so dass die Welle 13 erneut axial verschoben wird, um dem Schneckenrad und damit dem angeschlossenen Drehkolben des Ventils 10 eine geringe Winkelbewegung zu erteilen. Derartige Bewegungsabläufe wiederholen sich so lange, bis die erforderliche Bewegung dem Schneckenrad erteilt ist und ein Stopschalter die Pumpe 21 stillsetzt.
. Bezugnehmend nun auf Fig. 2 ist die dort dargestellte Anordnung im allgemeinen ähnlich der in Fig. l gezeigten, und es sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. In diesem Falle wird jedoch das Steuerventil 32 hydraulisch, und nicht wie im Falle der Anordnung gemäss Fig. 1 mechanisch, betätigt.
Demgemäss ist hier ein weiteres Steuerventil vorgesehen, welches allgemein mit 9 bezeichnet ist und welches am Gehäuse des Drehkolbenventils in der Nähe des Endes der Welle 13 angeordnet ist. Die-
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dickte Ende 47 des Steuerschiebers 8 erstreckt, wobei die Ausnehmung mittels einer Art Stopfbüchse 49 verschlossen ist. Das Ventil 9 steht mit dem Ventil 32 über vier Leitungen 50, 51, 52 und 53 in Verbindung, wobei die Leitungen 53, 51 zum Zwecke der Zuführung von Flüssigkeit zu einem oder dem andern Ende des Steuerschiebers 33 dienen.
Im Betrieb wird, unter der Annahme, dass die Pumpe 21 Druckflüssigkeit in die Leitung 31 liefert, die Flüssigkeit durch das Ventil 32 über die Leitung 39 zum Zylinder 16 treten und den Kolben 15 samt Welle 13 und Schnecke 12 nach links drücken, wie dies Fig. 2 zeigt. Die aus dem Zylinder 16 links vom
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Kolben austretende Flüssigkeit tritt dabei über die Leitung 40 in das Ventil 32 und von da über die Verbindung 54 zur Leitung 52 und von hier weiter zur linken Seite des Mittelteils des Steuerschiebers 8, der dadurch am rechten Ende seines Hubweges gehalten wird.
Zur gleichen Zeit fliesst Flüssigkeit vom Ventil 9 durch die Leitung 51 und von da zum rechten Ende des Ventils 32 und hält den Steuerschieber 33 am linken Ende seines Hubweges fest, worauf die Flüssigkeit weiter durch die Leitungsverbindungen 55, 56 zum Flüssigkeitsbehälter fliesst,
Sobald die Welle 13 das linke Ende ihres Hubweges erreicht (das Schneckenrad wird gedreht, wenn die Welle 13 axial bewegt wird), wird das verdickte Ende 47 vom Grund der Ausnehmung 48 berührt und der Steuerschieber 8 nach links bewegt.
Dies bewirkt einFliessen von Flüssigkeit durch die Leitung 52 (die
Flüssigkeit fliesst vom Zylinder 16 her knapp bevor der Kolben 15 das Ende seines Arbeitshubes erreicht), um auf die rechte Seite des Mittelteils des Steuerschiebers 8 zu wirken und ihn auf diese Weise auf der linken Seite des Ventils 9 zu halten und der Flüssigkeit einen Durchtritt von der Leitung 52 hinunter zur Leitung 53 zum linken Ende des Steuerschiebers 33 zu gestatten und diesen Schieber dadurch nach rechts zu stossen. Dies hat die Wirkung, dass der Strom von Druckflüssigkeit aus der Leitung 39 abgestoppt, dagegen Druckflüssigkeit in die Leitung 44 geleitet wird, um den hydraulischen Motor 20 in Bewegung zu setzen und dadurch die Welle 13 zu drehen, die Schnecke 12 relativ zum Schneckenrad 11 zurückzuschrauben und die Welle auf die rechte Seite ihres Hubes zu bringen.
Nahe dem Ende dieser Rechtsbewegung erfasst die Stopfbüchse 49 das verdickte Ende 47 des Steuerschiebers 8 und schiebt diesen wieder in seine rechtsseitige Stellung zurück, wodurch der FlÜssigkeit der Weg aufwärts durch die Leitung 52 und abwärts durch die Leitung 51 zur rechten Seite des Steuerschiebers 33 freigegeben wird, um diesen Schieber 33 zurück in die in der Zeichnung gezeigte Stellung zu bringen, in der sich der früher beschriebene Bewegungsablauf wiederholt. Auf diese Weise wird dem Schneckenrad 11 durch wiederholte axiale Bewegungen der Welle 13 eine Folge kleiner Winkelbewegungen erteilt, wobei die Welle 13 nach jeder dieser Bewegungen durch die vom Motor 20 hervorgerufenen Drehbewegungen zurückgeführt wird.
Es ist wohl ohne weiteres verständlich, dass in jeder der oben beschriebenen Anordnungen eine Umkehr der Drehrichtung der Pumpe 21 ein Fliessen der Druckflüssigkeit durch die Leitung 30 an Stelle der Leitung 31 zur Folge haben wird, so dass die Welle 13 und die damit verbundene Schnecke axial von links nach rechts bewegt werden.
Bezugnehmend nun auf Fig. 3 ist wieder ein Drehkolbenventil allgemein mit 10 bezeichnet, welches ein Schneckenrad 11 besitzt, das mit einer Schnecke 12, die an einer Welle 13 sitzt, im Eingriff steht.
Ein Ende dieser Welle 13 ist mit einer Verlängerung 14 versehen, auf welcher ein Kolben 15 befestigt ist, der in einem Zylinder 16 arbeitet. Das gegenüberliegende Ende der Welle ist mit einer Verlängerung 58 versehen, welche mit einer Muffe 59 in Keilverbindung steht, die ihrerseits mit der antreibenden Welle 60 einer hydraulischen, im allgemeinen mit 61 bezeichneten Pumpkupplung verkeilt ist.
Die hydraulische Pumpkupplung 61 umfasst einen angetriebenen Eingangs-Wellenteil 62, auf welchem ein Stirnrad 63 sitzt, das mit zwei Stirnrädern 64 kämmt, die in einem Gehäuse 65 angeordnet sind, das um die Achse der Kupplung frei rotierbar ist und das mit der vorerwähnten angetriebenen Ausgangswelle 60 verbunden ist.
Durch in den Wellen 62 und 60 und im Pumpenkörper 66 vorgesehene Kanäle kann die Hydraulikflüssigkeit zirkulieren, so dass bei maximalem Druck und Förderung Null eine mechanische Drehkraft auf die angetriebeneAusgangswelle 60 übertragen wird, oder anderseits, wenn erzeugter Druck und Drehmoment Null sind, das Fördervolumen ein Maximum beträgt, oder aber, als noch weitere Alternative, die Pumpe zwischen diesen beiden Extremen arbeiten kann, so dass sie eine bestimmte Menge Druckflüssigkeit, zusammen mit einem bestimmten Drehmoment an der Ausgangswelle 60, liefert.
Es ist ferner eine Ventileinheit 67 mit federzentriertenr Steuerschieber 68 vorgesehen, so dass, wenn die Pumpe in Tätigkeit gesetzt wird, die eine oder die andere der Leitungen 69 und 70 durch die Ventileinheit 67 über die Leitung 71 mit einem Flüssigkeitsbehälter verbunden wird.
Die Leitungen 69 und 70 sind je mit Leitungen 72 und 73 verbunden, welche zu Druckentlastungsschaltern 74 und 75 und zu allgemein mit 76 und 77 bezeichneten, je an einer Seite des Zylinders 16 angebrachten Ventilblöcken führen. Jeder dieser Ventilblöcke 76, 77 enthalt ein federbelastetes Steuerventil 78 und ein Rückführventil 79, welches ebenso federbelastet ist und dadurch gegen den Kolben 15 anliegt.
Angenommen, dass die hydraulische Pumpeneinheit unter Förderung von Druckflüssigkeit in die Leitung 72 arbeitet, wird das Ventil 78 im Ventilblock 77 an seinem rechten Ende mit Druck beaufschlagt, so dass es sich schliesslich nach links bewegt und hiebei der Flüssigkeit den Weg in den Zylinder 16 über die linken Durchlässe 80 und 81 freigibt. Dies hat die Wirkung, dass der Kolben 15 und mit ihm die Welle 13 und Schnecke 12 sich nach links bewegen, während die links vom Kolben befindliche Flüssigkeit über
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den Ventilblock 76 austritt. Gleichzeitig bewegt sich das Ventil 79 im Ventilblock 77 nach links, indem es unter dem Druck seiner Feder dem Kolben 15 folgt, bis der Durchlass 82 über eine Einschnürung 83 mit dem Durchlass 84 in Verbindung steht und dadurch Druck auf das linke Ende des verschiebbaren Steuerventils 78 leitet.
Dieses linke Ende des Ventils 78 besitzt eine grössere Fläche als dessen rechtes Ende, so dass sich das Steuerventil nach rechts bewegt und dadurch die Beaufschlagung der rechten Seite des Kolbens 15 unterbindet.
Es erfolgt nun ein Druckanstieg in der Leitung 72, und unter der Voraussetzung, dass das Schneckenrad 11 einen genügend grossen Widerstand gegen Rotation bietet, wird die hydraulische Pumpeneinheit die Ausgangswelle 60 und dadurch die Welle 13 mittels der Muffenkupplung 59 zu drehen beginnen, so dass die Schnecke, vor einem weiteren axialen Hub des Kolbens 15, gegenüber dem Schneckenrad zurückgeschraubt wird.
In der vorstehenden Beschreibung ist angenommen worden, dass die Härte der Feder, die auf das Steuerventil 78 wirkt, relativ zum Drehwiderstand des Schneckenrades 11 eine solche ist, dass das Ventil 78 in seine Arbeitslage bewegt wird, um eine axiale Bewegung der Welle 13 zu gestatten, ehe eine Verdrehung der Welle 60 eintritt.
Wenn anderseits der Widerstand des Schneckenrades 11 und des angeschlossenen Drehkolbenventils gegen Verdrehung relativ gering ist oder wenn die Feder 85 einen verhältnismässig starken Druck auf das verschiebbare Steuerventil 78 ausübt, dann wird der Förderdruck der hydraulischen Pumpe sich so lange aufbauen, bis die Schnecke 12 rotiert und damit das Schneckenrad 11 und den Ventil-Drehkolben in Drehung versetzt, Dies setzt sich so lange fort, bis der Drehkolben das Ende seiner Bewegung erreicht, wo ein geeigneter Ausschalter zur Wirkung gebracht werden kann ; tritt hingegen ein übermässiger Verdrehungwiderstand des Schneckenrades 11 auf, dann wird sich der Flüssigkeitsdruck so lange aufbauen, bis das Ventil 78 anspricht und die Welle 13 in der früher beschriebenen Weise axial bewegt wird.
Auf diese Art ist die Anordnung eine solche, dass das Schneckenrad 11 normalerweise durch Rotation der Schnecke 12 verdreht wird und eine axiale Bewegung der Welle 13 nur dann auftritt, wenn das Schneckenrad einen übermässig hohen Verdrehungswiderstand bietet oder aber durch axiale Bewegung der Welle 13 gedreht werden kann (wobei dann die Schnecke 12 nach Art einer Zahnstange wirkt), in welchem Fall die Verdrehbewegung der Schnecke 12 dazu verwendet wird, um sie für die nächste Axialbewegung der Welle relativ zum Schneckenrad zurückzuschrauben.
Es ist leicht einzusehen, dass eine Verdrehung des Schneckenrades 11 in der entgegengesetzten Richtung durch Umkehren des Drehsinns der hydraulischen Pump kupplung bewirkt werden kann unter Benützung des linken Ventilblock 76 in ähnlicher Weise wie bereits hinsichtlich des Ventilblock 77 beschrieben.
Ferner ist verständlich, dass in jeder der vorbeschriebenen Einrichtungen Druckluft verwendet werden kann, obwohl die Verwendung von Hydraulikflilssigkeit vorzuziehen ist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zur Hervorbringung der Drehbewegung eines Schneckenrades oder Schneckenradsegments,-bei welcher die in das Schneckenrad oder Schneckenradsegment eingreifende Schnecke an einer Welle befestigt ist, welche mittels einer mitDruckmedium beaufschlagbaren Einrichtung in Drehung versetzbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die drehbare Welle (13) axial beweglich gelagert und zwecks Erzielung ihrer Axialbewegung mit einer zusätzlichen, mit Druckmedium beaufschlagbaren Einrichtung (15, 16) verbunden ist.