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Gegenstand der Erfindung ist eine Antriebsvorrichtung für die Ausführung einer linearen Stellbewegung, insbesondere für Ventile, Klappen, Hebezeuge od. dgl., mittels einer in ihrer Achsrichtung verdrehungsfrei verschiebbaren Schraubspindel.
Bei dieser Art von Antrieben tritt ein sehr unterschiedlicher Kraftbedarf auf, da zum Durchlaufen des Hubes vor dem Schliessen bzw. nach dem öffnen eine wesentlich kleinere Kraft erforderlich ist, als zum Aufbau des Schliessdruckes.
Die gebräuchliche Ausführung dieser Antriebe verwendet als Übertragungselement eine Schraubspindel, die die Rotationsbewegung eines Motors in eine lineare Bewegung umwandelt. Dabei wird diese Schraubspindel in einer festgehaltenen Mutter verdreht oder durch Verdrehen einer axial unverschieblichen Mutter verstellt. Der Antrieb erfolgt in beiden Fällen über ein Getriebe.
Zum genauen Anhalten des Antriebes in einer gewünschten Lage, dem sogenannten "Stellen", ist es erforderlich, dass der Antrieb eine möglichst kurze Auslaufzeit und damit einen kleinen Auslaufweg hat, damit eventuell auftretende Schwankungen dieser Auslaufzeit nur geringe Änderungen in der Länge des Auslaufweges verursachen und vor allem muss auch das Getriebe sehr kurzen Impulsen (z. B. 10 ms bei einer halben Phase bei 50 Hz) folgen können. Daher müssen sowohl Motor als auch Getriebe ein möglichst kleines Trägheitsmoment haben. Der Motor muss also bei gegebener Leistung ein möglichst schnell laufender Motor sein. Ein solcher ist auch billiger als ein langsam laufender Motor gleicher Leistung, hat aber diesem gegenüber ein kleines Drehmoment.
Zur Erreichung der Schliesskraft an der Schraubspindel muss daher das Getriebe eine entsprechend hohe Übersetzung aufweisen. Dies hat aber den Nachteil, dass der Antrieb den Hub sehr langsam durchläuft, obwohl der Motor dabei leistungsmässig nicht ausgenutzt ist.
Ein weiterer Nachteil liegt darin, dass beim Aufbau des Schliessdruckes, also beim Auftreten sehr hoher axialer Kräfte, wegen der sehr kleinen Relativgeschwindigkeit zwischen Mutter und Spindel der, eine gleitende Reibung zwischen diesen beiden Teilen verhindernde Schmierfilm zerstört wird, so dass eine starke trockene Reibung auftritt, die einen schlechten Wirkungsgrad bedingt und starken Verschleiss verursacht.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Antrieb zu schaffen, der den üblicherweise durch trockene Reibung verursachten Verschleiss und schlechten Wirkungsgrad vermeidet und der sich bei konstanter Antriebsleistung durch Änderung der Verstellgeschwindigkeit den veränderlichen Kräfteverhältnissen anpasst und sie löst diese Aufgabe im wesentlichen dadurch, dass auf der Schraubspindel zwei mit je einem von zwei in Achsrichtung relativ zu einem festen Widerlager und gegensinnig zueinander hin- und herbewegten Mitnehmern verschiebbare Schraubenmuttern sitzen, denen ein im Sinne einer Verschraubung entgegen der Stellbewegung der Schraubspindel wirkendes Drehmoment über eine Rutschkupplung übertragen wird, wobei die jeweils in Richtung der Stellbewegung verschobene Schraubenmutter zwischen ihrem Mitnehmer und der Schraubspindel verdrehungssicher geklemmt ist,
während die andere Schraubenmutter zufolge ihres Drehmomentes mit ihrem Mitnehmer eine zur Stellbewegung gegensinnige Rücklaufbewegung ausführt.
Eine konstruktiv besonders einfache Anordnung ergibt sich dann, wenn nach einem weiteren Merkmal der Erfindung die Mitnehmer als Winkelhebel ausgebildet sind, die an einen gemeinsamen, betriebsmässig in Schwingbewegung versetzten Stellhebel mit festem Drehpunkt beiderseits dieses Drehpunktes angelenkt sind und mit je einem als Gabel ausgebildeten Ansatz in eine Ringnut der zugehörigen Schraubenmuttern eingreifen.
Bei dieser Ausführung erweist es sich weiters als vorteilhaft, wenn die Rutschkupplung einen auf der Schraubspindel zwischen den Schraubenmuttern verdrehbar und verschiebbar angeordneten und betriebsmässig in Rotation versetzten Kupplungskörper aufweist, der an seinen Stirnflächen mit zur Drehmomentübertragung an die Schraubenmuttern dienenden Kupplungsbelägen versehen ist.
Zur Erzeugung der Schwingbewegung des Stellhebels sowie der Rotationsbewegung des Kupplungskörpers kann ein gemeinsamer Antriebsmotor vorgesehen sein.
Es ist weiters zweckmässig, in den Kraftübertragungsweg der gegensinnig hin- und herbewegten Mitnehmer ein Hebelgetriebe mit regelbarem Übersetzungsverhältnis einzuschalten, das mit wachsender Belastung auf abnehmenden Stellweg der Schraubenmuttern geregelt ist.
Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Antriebsvorrichtung ist in der Zeichnung dargestellt.
Ein als Doppelhebel ausgebildeter Stellhebel-l--mit grosser Übersetzung, der in einem raumfesten
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entgegengesetzte Richtungen. Ein verdrehbar und axial verschiebbar angeordneter hülsenförmiger Kupplungskörper --7-- wird vom Stellmotor--3--über eine Welle--8--und ein Getriebe--9-- dauernd in Rotation gehalten ; seine Achse fällt mit der Achse einer verdrehungsfrei verschiebbaren Schraubspindel--10--zusammen, auf der zwei Schraubenmuttern--11, 12--sitzen, die Ringnuten aufweisen und über je einen Kupplungsbelag--13 bzw. 14--einer Rutschkupplung vom Kupplungskörper --7-- verdreht und dadurch geschraubt werden können.
Die als Mitnehmer ausgebildeten Winkelhebel--5, 6--, die bei Bewegung des Doppelhebels--l-einander entgegengesetzte Bewegungen ausführen, besitzen als Gabeln ausgebildete Ansätze --15, 16--, die mit geringem axialem Spiel in die Ringnuten der Muttern--11, 12--eingreifen. Die axiale Verstellgeschwindigkeit
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der Muttern--11, 12--auf Grund der Schraubung ist grösser als die Geschwindigkeit der Ansätze --15, 16--der Winkelhebel--5, 6--, so dass, wenn ein erster Winkelhebel --5-- entgegen der
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des Winkelhebels--6--verdrehungssicher geklemmt, so dass bei Umkehr der Hebelbewegung nunmehr sie die Schraubspindel--10--im Sinne der Stellbewegung mitnimmt.
An Stelle des Exzenters--4--kann in den Kraftübertragungsweg zwischen Stellmotor--3--und dem Stellhebel--l--bzw. den von ihm gegensinnig hin- und herbewegten Mitnehmern--15, 16--ein Hebelgetriebe mit regelbarem Übersetzungsverhältnis eingeschaltet werden, das mit wachsender Belastung auf abnehmenden Stellweg der Schraubenmuttern-11, 12--geregelt ist. Dadurch lässt sich eine Anpassung des Stellvorganges an den von der Stellvorrichtung zu überwindenden Widerstand erzielen.
Wird beispielsweise die erfindungsgemässe Antriebsvorrichtung zur Verstellung eines Ventils eingesetzt, so wird durch die angegebene Regelung ermöglicht, beim Gesamtdurchlauf des Hubes, also solange das Ventil noch nicht geschlossen ist, eine hohe Geschwindigkeit einzuhalten und im Schliessbereich durch Verringerung des Übersetzungsverhältnisses, beispielsweise durch Verringerung der Exzentrizität im Antrieb, eine entsprechend hohe Schliesskraft zu erzielen. Das öffnen des Ventils kann aber trotzdem wieder mit hoher Geschwindigkeit erfolgen, da die Belastung entfällt und die Exzentrizität wieder vergrössert werden kann. Es ergeben sich somit hohe Stell-und öffnungsgeschwindigkeiten trotz hoher Schliesskraft.
Der Vorteil der erfindungsgemässen Antriebsvorrichtung liegt darin, dass durch die Vermeidung von trockener Reibung im Zuge des Kraftflusses neben der Verringerung des Verschleisses ein guter Wirkungsgrad erzielt wird, wobei der geringere Leistungsbedarf des Antriebsmotors besonders bei dessen Ansteuerung durch einen Verstärker oder eine Halbleiterschaltung eine wesentliche Verringerung der Kosten ermöglicht und wegen des kleineren Trägheitsmomentes eine, besonders beim Stellen des Antriebes vorteilhafte, Verkürzung des Auslaufweges erreicht werden kann.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Antriebsvorrichtung mit sehr geringer Trägheit für die Ausführung einer linearen Stellbewegung, insbesondere für Ventile, Klappen, Hebezeuge od. dgl., mittels einer in ihrer Achsrichtung verdrehungsfrei
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je einem von zwei in Achsrichtung relativ zu einem festen Widerlager (2) und gegensinnig zueinander hin- und herbewegten Mitnehmern (15,16) verschiebbare Schraubenmuttern (11,12) sitzen, denen ein im Sinne einer Verschraubung entgegen der Stellbewegung der Schraubspindel (10) wirkendes Drehmoment über eine Rutschkupplung (13 bzw. 14) übertragen wird, wobei die jeweils in Richtung der Stellbewegung verschobene Schraubenmutter (11 bzw. 12) zwischen ihrem Mitnehmer (15 bzw. 16) und der Schraubspindel (10) verdrehungssicher geklemmt ist, während die andere Schraubenmutter (12 bzw.
11) zufolge ihres Drehmomentes mit ihrem Mitnehmer (16 bzw. 15) eine zur Stellbewegung gegensinnige Rücklaufbewegung ausführt.
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