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Einrichtung zur mechanischen Stellungsanzeige eines Teiles einer Maschine, eines Apparates, Ventiles od. dgl.
Unter den Maschinenelementen insbesondere zum tätigen Verschluss von Leitungen und Räumen, sind bekanntlich die Schieber, Ventile und Klappen am gebräuchlichsten. Letztere zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass sie normalerweise im Zuge von weniger als einer vollen Umdrehung zur Gänze schliessbzw. öffenbar sind und daher die jeweilige Stellung des meistens nicht sichtbaren Absperrteiles z. B. an der Betätigungsseite der Antriebsspindel, normalerweise am Spindelhandrad selbst, leicht erkenntlich gemacht werden kann.
Bei den vor allem wegen ihres grösseren Dichtvermögens und ihrer sonstigen Exaktheit den Klappen meistens überlegenen und daher in weit grösserem Umfang eingesetzten Schiebern und Ventilen ist jedoch die bei den Klappen gebräuchliche einfache Stellungsanzeige nicht anwendbar, da bei jenen die Schieberkeile bzw. die Ventilteller durchwegs mittels Übersetzung betätigt werden und daher insbesondere wegen der unterschiedlichen Gewindesteigungen der zur Anwendung gelangenden Betätigungsspindeln im allgemeinen eine verschieden grosseAnzahl von Spindel- bzw. Handradumdrehungen für den Schliess- bzw, Öffenvorgang erforderlich ist.
Während nun die Klappen in der Regel nur eine Vierteldrehung ausführen um von der Stellung "ge- schlossen" in die Stellung"offen"zu gelangen, müssen die Ventilteller bzw. die Schieberkeile eine bestimmte Wegstrecke zurücklegen, um von einer Endstellung in die andere zu gelangen. Dies geschieht bekanntlich im allgemeinen mit Hilfe von Gewindespindeln, die den normalerweise nicht zugänglichen bzw. nicht ersichtlichen verstellbaren Teil des Absperrorgans betätigen.
Das ausserhalb des Absperrorgans an der Spindel angeordnete, z. B. manuell zu betätigende, Verstelloder Handrad ist zur leichteren Betriebsüberwachung bzw. Einstellung meistens mit Pfeilen versehen, die die Drehrichtung angeben, in die zu drehen ist, um das Absperrorgan zu öffnen oder zu schliessen. Aus der Stellung des Handrades bzw. der Richtungspfeile kann jedoch nicht sofort entnommen werden, ob eine bestimmte Einstellung oder Schaltung bereits vollzogen ist.
Aus dieser Nichteindeutigkeit der Stellungsanzeige können sich in weiterer Folge Fehleinstellungen bzw. Fehlschaltungen ergeben. Zur Feststellung des Schaltzustands von Schiebern oder Ventilen muss daher das Handrad in dem einen oder dem andern Umlaufsinn gedreht werden, bis eine der Endlagen, "offen" oder"geschlossen", erreicht bzw. die Antriebsspindel blockiert ist. Die Überwachung des Schaltzustandes von Absperrorganen ist demnach im allgemeinen nicht einfach und sehr arbeitsaufwendig. Aber auch bei mehr-oder vielstelligen Schaltapparaten, bei denen die Betätigungswelle beim Umschalten viele Umdrehungen ausführen muss sind die herkömmlichen Untersetzungsgetriebe für die Anzeige kostspielig und vor allem wegen Platzmangel meist schwer unterzubringen.
Ferner sind Stellungsanzeiger für Ventile mit einem an der Spindel gelagerten Umlaufräderwerk bekannt, die jedoch den Nachteil haben, dass die von aussen zugänglichen Teile ortsfest angeordnet sind.
Bei Lösung dieser Ortsgebundenheit würde die gesamte Kraftübertragung über das Planetengetriebe und die den das Planetengetriebe enthaltenden Bauteil festhaltende Nase erfolgen, welche Bauelemente aber den auftretenden Kräften nicht gewachsen wären.
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Die Erfindung setzt sich zum Ziel, diese Nachteile bei einer Einrichtung nach der Erfindung dadurch zu vermeiden, dass das Hand-oder Rastenrad gleichzeitig einen Bestandteil der Anzeigeeinrichtung bildet, was einen grossen Raumgewinn bedeutet und wobei insbesondere auf Schieber und Ventile, die Orientierung nach der Hauptachse bzw. Hauptströmungsrichtung neu eingeführt und das Ablesesystem auf Grund schräg gestellter Marken ganz besonders vereinfacht wird.
Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung zur mechanischen Stellungsanzeige eines Teiles einer Maschine, eines Apparates, Ventiles od. dgl., welche zwei Zahnräder und einen weiteren Bauteil auf gemeinsamer Achse aufweist, wobei in diesem Bauteil exzentrisch zur Achse zwei miteinander verbundene Zahnräder drehbar gelagert sind und diese Zahnräder jeweils mit einem der auf gemeinsamer Achse angeordneten Zahnräder im Eingriff stehen, wobei das Übersetzungsverhältnis jeweils unterschiedlich ist, und dass das eine der auf gemeinsamer Achse liegenden Zahnräder eine Anzeigeanordnung z. B. Skala, Zeiger, Stellungsmarken od. dgl. aufweist. Erfindungsgemäss ist das andere der auf gemeinsamer Achse liegenden.
Zahnräder gegen Drehung gesichert, wobei der genannte Bauteil durch Ausbildung als Hand- oder Rastenrad, das mit dem Teil, dessen Stellung anzuzeigen ist, ein fix verbundenes Bauelement darstellt.
Die Nabe des Hand- oder Rastenrades ist als Lager für die auf gemeinsamer Achse liegenden Zahnräder ausgebildet. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist zur Anzeige und Betätigung eines Absperrorgans bei Ventilen od. dgl. das Übersetzungsverhältnis durch die Zahnräder so gewählt, dass dem vollständigen Betätigungsweg, z. B."offen, geschlossen"des Hand-oder Rastenrades eine Drehbewegung des die Anzeigeeinrichtung tragenden Zahnrades von 900 zugeordnet ist und bzw. oder der Betätigung "halb/ge- schlossen" Drehbewegung des anzeigenden Zahnrades zugeordnet ist, wobei die Stellung 0 - 900 und bzw. oder 450 durch auf gleichem Radius angeordnete Stellungsmarken gekennzeichnet sind.
Nach einer andern Variante der Erfindung sind die Stellungsmarken längs erstreckt und zur Spindelachse parallel ausgebildet und zur Hauptachse des Absperrorgans unter einem vorgegebenen Winkel von vorzugsweise 450 angeordnet. Ferner ist das den Eingriff für eine Verriegelung an einer Raste des Hand- oder Rastenrades steuernde Zahnrad mit wenigstens einem Steuermittel, z. B. einer Ausnehmung ausgestattet.
Die erfindungsgemässe Einrichtung ist ohne besonderen Aufwand auch bei den bisher gebräuchlichen Verschlussorganen bzw. Schaltapparaten anbringbar. Sie lässt sich fast zur Gänze im Antriebs-bzw. Handoder Rastenrad des Absperrorgans oder Apparates anordnen, so dass auch bereits bestehende Anlagen mit der für die Betriebsüberwachung mit grossem Nutzen anwendbaren erfindungsgemässen Einrichtung ausgestattet werden können. Die Anzeigevorrichtung bildet daher insbesondere mit dem für die Betätigung des Maschinenelementes oder Gerätes vorgesehenen Handrad eine konstruktive Einheit, die bei einfachem Aufbau die jeweilige Lage des einstellbaren Teiles aus jeder bedienungsmässig möglichen Einbaulage mit hinreichender Genauigkeit abzulesen gestattet.
Die Stellungsanzeige kann nun mittels eines Symbols oder mit Hilfe von die einzelnen Stellungen anzeigenden Zeichen oder Zahlen, aber auch mit Hilfe von besonders geformten und angeordneten Marken erfolgen, die die Einstellung des Regel- oder Stellgliedes unabhängig von seiner Montagelage einfach und klar erkennen lässt.
Die erfindungsgemässe Einrichtung ist an Hand der Zeichnungen näher erläutert, u. zw. zeigen die Fig. 1-7 verschiedene Ansichten eines Absperrorgans bzw. eines zugehörigen Handrades mit erfindungsgemäss angeordneten Stellungsmarken, während in den Fig. 8 und 9 konstruktive Details von erfindungsgemässen stellungsanzeigenden Einrichtungen in Verbindung mit einem Handrad und einem Rastenrad abgebildet sind.
In Anwendung der Erfindung insbesondere auf Schieber und Ventile kann vorzugsweise davon ausgegangen werden, dass diese Absperrorgane meistens eine Hauptachse besitzen, deren Richtung mit der Hauptströmungsrichtung identisch ist, so dass die jeweilige Stellung des absperrenden Teiles in bezug auf diese Achse bzw. Richtung angegeben werden kann. Dies ist beispielsweise mit Hilfe von zwei auf einem Durchmesser des Hand- oder Antriebsrades insbesondere bezüglich der Drehachse symmetrisch gelegenen drehbaren Stellungsmarken möglich, die mit ihren Markenlängsachsen, wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt, vorzugsweise in der Stellung "offen" mit der Hauptachse des Absperrorgans fluchten und die in der Stel- lung "geschlossen" um 900 zur Hauptachsenrichtung verdreht werden.
Um die Einstellung des Absperrorgans vom Handrad auch seitlich ablesen zu können, ragen die Stellungsmarken über die Handradkante in Richtung der Drehspindelachse hinaus, so dass mittels der Flankenumrisse die jeweilige Einstellung des Absperrorgans in bezug auf die Hauptachsenrichtung abgelesen werden kann.
So zeigen die Fig. 3a und 3b schematisch eine Seitenansicht eines solchen Organs samt Spindel und
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SeitenansichtStellungsmarken z. B. in Strömungsrichtung gesehen nur die Flachseiten der Marken zu erkennen sind, während der Betriebszustand "geschlossen" durch quer zur Strömungsrichtung liegende und daher bei gleicher Sehrichtung die Breitseite zeigende Stellungsmarken angezeigt wird. Bei Vernachlässigung der Markenform gilt in erfindungsgemässer Weise allgemein, dass die beiden Stellungsmarken insbesondere in
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Es kann sich nun als zweckmässig erweisen, an Ventilen und Schiebern ausser den Hauptstellungen offen bzw. geschlossen vorzugsweise die Stellung"halb offen"bzw."halb geschlossen"anzeigemässig zu bevorzugen, so dass diese sowie jede weitere Zwischenstellung des Absperrteiles mit hinreichender Genauigkeit noch leichter ablesbar bzw. abschätzbar ist. Dies kann erfindungsgemäss dadurch erfolgen, dass die überwiegend langgeformten Stellungsmarken, die in Fig. 1 in der Stellung "offen" mit der Hauptachse fluchten, durch einen Winkel von 450 im Sinne des Uhrzeigers oder entgegengesetzt gedreht bzw. montiert werden, wobei sie zueinander parallel verbleiben. Hiedurch ergibt sich die Lage wie in Fig. 5a, nämlich die Stellung"offen", und die in Fig. 5b dargestellte Stellung "geschlossen".
Durch die wählweise Drehung der Marken durch einen Winkel von 450 erscheint die Ausdehnung der Markenseitenflächen sowohl in der Stellung"offen"als auch in der Stellung" geschlossen" (Fig. 5a und 5b) somit in Richtung der Hauptachse und quer dazu um das 1/2 V2fache verkleinert, indessen die grundsätzliche Anordnung bzw. Verstellung mit der aus der Fig. 1 bzw. Fig. 2 bekannten übereinstimmt.
In der Stellung"halb offen"bzw."halb geschlossen"liegen die beiden Stellungsmarken demnach auf einer durch einen Winkel von 450 zur Hauptachse geneigten Linie bzw. Anzeigeraddurchmesser, wobei sie ihre zueinander parallele Lage beibehalten und je nach dem sie im Sinne oder entgegen dem Uhrzeigersinn um 450 gedreht werden, entweder in Sehrichtung, z. B. quer zur Hauptachse, oder parallel zu dieser dem Beschauer immer nur die beiden Schmalseiten der Stellungsmarken zuwenden, indessen die Marken in der Stellung "offen" oder "geschlossen" beträchtlich breiter erscheinen.
In Fig. 6 ist beispielsweise der Grund- und Aufriss für eine Ableserichtung quer zur Hauptachse dargestellt, in Fig. 7 jedoch die Anordnung für eine vermittels des Pfeiles angedeutete, mit der Strömungsrichtung sich deckende, Sehrichtung gezeigt, die sich bei seitlicher Einbaulage des Schiebers oder Ventils ergeben kann.
Mit Rücksicht auf die Montagelage des Absperrorgans sowie auf die Ableserichtung müssen daher die Stellungsmarken in der halb offenen bzw. halb geschlossenen Stellung des Absperrorgans fallweise mit der Hauptachse einen Winkel von 0 oder 900 einschliessen, wobei sie gleichzeitig auf einer unter 450 zur Hauptachse geneigten Linie liegen.
Die Stellungsmarken sind deshalb insbesondere als Steckelemente ausgebildet, die vorzugsweise durch einen Winkel von 45 bzw. 900 um ihre Symmetrieachse schwenkbar sind. Ihre ablesegerechte Fixierung kann vorzugsweise bei der Montage des Hand- oder Antriebsrades bzw. beim Einbau des Absperrorgans erfolgen. Zur noch besseren Kenntlichmachung der jeweiligen Stellung der anzeigenden Marken können diese z. B. an ihren Seitenflächen verschieden gefärbt sein oder mittels in den Marken eingesetzter verschiedenfärbiger, z. B. aus Glas bestehender Stücke in ihrem optischen Effekt besonders gehoben werden.
Die Einstellung bzw. Verstellung der Marken erfolgt durch ein z. B. im Hand- Antriebs- oder Rastenrad bzw. im Steg 1 (Fig. 8 bzw. 9) gelagertes Umlaufradpaar 2, 3, das vom Betätigungsrad 1 bei Drehung der Spindel oder Welle 20 auf einer konzentrisch zur Spindel oder Wellenachse gelegenen Kreisbahn mitgeführt wird, wobei das z. B. durch ein Wellenstück starr verbundene Räderpaar 2,3 im Steg 1 so drehbar gelagert ist, dass das Rad 3 auf einem konzentrisch zur Umlaufbahn angeordneten fixen Rad 5 abrollt, während das Rad 2 gleichzeitig ein um die Spindelachse drehbares Rad 4 betätigt. Das fixe Rad 5 ist hiebei an der dem Absperrorgan bzw. Gerät zugewendeten Seite des Rades 1 angeordnet, während sich das Anzeigerad 4 auf der dem Beschauer zugewendete Seite des die Umlaufräder 2,3 betätigenden bzw. enthaltenden Rades 1 befindet.
Ausführungsgemäss sind die Räder 2 bis 5 als Zahnräder ausgebildet und übersetzungsmässig so aufeinander abgestimmt, dass die Stellungsmarken in beschriebener Weise bewegt werden können.
Die erläuterte Ausführungsform der erfindungsgemässen Einrichtung zur Stellungsanzeige ermöglicht es hiemit, die bei den verschiedenen Nennweiten der Schieber und Ventile durch eine verschieden grosse Zahl von Spindelumdrehungen erfolgende Absperrorganeinstellung auf die vorzugsweise 900 betragende Drehung der Stellungsmarken abzubilden. So sind z. B. bei einem Schieber mit einer Nennweite von 200 mm 46 Umdrehungen erforderlich, damit dieser von einer Endstellung in die andere gelangt.
In Fig. 8 ist nun zur Erläuterung ein Ausführungsbeispiel bzw. der konstruktive Aufbau einer erfin-
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dungsgemässen Anzeigevorrichtung dargestellt. Die stellungsanzeigenden Marken 6 sind auf der oberen Abdeckung 7 befestigt. Diese ist mit dem Anzeigerad etwa an drei Stellen mittels Senkschrauben zentrisch verbunden. Die untere Abdeckung 8 ist mit dem Rad 5 verschraubt und trägt einen rinnenförmigen Ansatz 9, der sich an der Stopfbüchsenbrille oder am Absperrgehäuse stützt und das Zahnrad 5 gegen Drehen sichert.
Schliesslich sind Rad 4 und 5 auf der Nabe drehbar gelagert und durch je einen Sicherungsring 10 axial gehalten. Durch die Lagerung aller stellungsanzeigenden Teile im Antriebsrad ist nicht nur deren einwandfreie Funktion stets zu gewährleisten, sondern können auch alte Absperrorgane leicht mit den entsprechenden Anzeigemitteln ausgestattet werden. Besitzt die Spindel insbesondere Aussengewinde, so muss der Teil 9 so lang sein, dass auch bei ganz herausgedrehter Spindel 20 das Rad 5 blockiert bleibt. Sind bei grösseren Absperrorgane die benötigten Zähne an den Stirnrädern 4 und 5 nicht unterbringbar, so werden diese Räder in ihren Durchmessern vergrössert und mit Innenverzahnungen ausgestattet.
Auf diese Weise können bei richtiger Wahl des Moduls und der Zähnezahlen die benötigten Übersetzungen leicht hergestellt werden.
Die Funktion der Anordnung ist beispielsweise für einen Schieber mit einer Nennweite von 40 mm erläutert, bei dem die Verstellung von einer Endlage in die andere 14 Umdrehungen erfordert. Ist das Übersetzungsverhältnis der Räder 2 und 4 gleich dem der Räder 3 und 5, dann bleibt das Anzeigerad 4 in Ruhe, wenn bei feststehendem Rad 5 das Umlaufradpaar 3,2 kämmend um das Rad 5 herumbewegt wird.
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wegt. Sind nun zu einer vollen Schieberverstellung, wie erwähnt, 14 Handradumdrehungen notwendig, so muss das Rad 5, 57 und das Rad 4,56 Zähne erhalten. Das Anzeigerad wird dann bei 14 Umläufen des Umlaufradpaares 2,3 um 14 Zähne weiterbewegt bzw. um 900 gedreht. Bei einer Differenz von nur einem Zahn zwischen Rad 4 und 5 bei gleichen Zahnrädern 2, 3, ist keine Änderung der Achsabstände erforderlich.
Die Zähne werden bei ihrer Herstellung einfach auf gleiche Achsabstände korrigiert, was keine Mehrkosten verursacht.
In Fig. 9 ist ein Ausführungsbeispiel für dieAnwendung bei Geräten, insbesondere bei Schaltapparaten abgebildet, bei denen die mehr oder weniger grosse Anzahl der insbesondere fixierbaren Schaltstellungen z. B. mittels einer im Kreis auf dem Rad 4 angeordneten Zahlenreihe gekennzeichnet werden kann.
Das Handrad wird durch ein Rastenrad 1 ersetzt, an dem sich mindestens eine Raste 16 befindet.
Das Anzeigerad 4 ist im Aussendurchmesser gleich wie das Rastenrad gehalten und mitso vielen Ausnehmungen 11 versehen, als Schaltstellungen vorhanden sind oder angezeigt werden sollen. Die glatten Stirnteile des Anzeigerades dienen dabei als Zuhaltungen, indem sie die Verriegelung 13 nur dann in die Ausnehmungen 16 des Rastenrades 1 eingreifen lassen, wenn sich gerade ein Schlitz 11 des Anzeigerades 4 mit einer Ausnehmung 16 des Rastenrades 1 deckt. Die Stellungsmarken 6 sind bei dieser Ausführungsform der Stellungsanzeigevorrichtung durch Zahlen ersetzt, die z. B. durch ein im Gehäuse 14 angebrachtes Schauloch 15 abgelesen werden können. Für die Fixierung des Rades 5 ist ein im Gehäuse 14 eingesetzter Haltebolzen 12 vorgesehen, der dieses Rad am Drehen hindert.
Wie aus Fig. 9 ersichtlich, ist die beschriebene besonders platzsparende Anzeigevorrichtung auch für robuste Antriebe mit exakter Einstellung bzw. Verriegelung in den einzelnen Stellungen geeignet, indem bei mehr bzw. vielstelligen Schaltvorrichtungen das Anzeigerad 4 in beschriebener Weise mit Schlitzen und Zuhaltungen ausgestattet ist, um auf diese Weise in den einzelnen Stellungen den Eingriff der Verriegelung 13 in die Raste 16 des Rastenrades 1 steuern zu können.
Die erfindungsgemässe Einrichtung ist selbstverständlich nicht auf die zu seiner Durchführung beispielsweise beschriebenen Ausführungen beschränkt. So kann insbesondere bei nicht ersichtlicher Haupt- strömungs-bzw. Hauptachsenrichtung des Absperrorgans eine diese ersetzende richtungsanzeigende Marke od. dgl. vorgesehen sein, die überdies bei entsprechender Einstellung der stellungsanzeigenden Mittel in zur Hauptachse beliebiger Richtung angeordnet sein kann. Auch hinsichtlich des Drehwinkels für das stellungsanzeigende Element ist keine Beschränkung speziell auf 900 vorgesehen.
Die Form bzw. Ausführung der Stellungsmarken oder der stellungsanzeigenden Symbole ist ebenfalls in weiten Grenzen variierbar. Die Anordnung der Marken selbst kann modifiziert werden, nur muss die Eindeutigkeit insbesondere in bezug auf eine Referenzrichtung gewahrt sein. Der Übertragungsmechanismus für die Übersetzung der Antriebs- bzw. Spindelbewegung auf die stellungsanzeigende Bewegung kann in seiner konstruktiven Ausführung von den erwähnten Beispiel abweichen. Endlich kann die Drehbewegung
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der Stellungsanzeige auch von einer Hilfsspindel abgenommen und deren Bewegung statt unter-übersetzt werden. An Stelle von Zahnrädern sind bei nicht besonderer Genauigkeit der Anzeige verlangenden Anordnungen beispielsweise auch Reibräder verwendbar.
Schliesslich kann zwecks Erzielung einer gleichen Zahnteilung beim fixen und beim anzeigenden Rad die Achse des Umlaufräderpaares zur Achse der erstgenannten Räder geneigt sein, so dass sich beide Achsen schneiden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur mechanischen Stellungsanzeige eines Teiles einer Maschine, eines Apparates, Ventils od. dgl., welche zwei Zahnräder und einen weiteren Bauteil auf gemeinsamer Achse aufweist, wobei in diesem Bauteil exzentrisch zur Achse zwei miteinander verbundene Zahnräder drehbar gelagert sind und diese Zahnräder jeweils mit einem der auf gemeinsamer Achse angeordneten Zahnräder im Eingriff stehen, wobei das Übersetzungsverhältnis jeweils unterschiedlich ist, und dass das eine der auf gemeinsamer Achse liegenden Zahnräder eine Anzeigeanordnung z. B. Skala, Zeiger, Stellungsmarken
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oder Rastenrad (1), das mit dem Teil, dessen Stellung anzuzeigen ist, ein fix verbundenes Bauelement darstellt.