Stellmotor zur Erzeugung einer Drehbewegung Die Erfindung betrifft einen Stellmotor zur Er zeugung einer Drehbewegung mit einem durch ein flüssiges oder .ein gasförmiges Druckmittel beauf- schlagbaren Kolben.
Zur Betätigung von Absperrorganen, deren<B>Ab-</B> sperrelement an einer drehbaren Welle befestigt ist und durch Drehen dieser Welle in Öffnungs- oder Schliessstellung gebracht wird, insbesondere von Klap pen, werden Axialkolbenstellmotoren verwendet, de ren Kolbenlängsbewegungen über Kurbel- oder Zahn stangengetriebe eine Drehbewegung der zu drehenden Klappenwelle bewirken.
Wo Klappen grosser Ab messung oder bei hohen Drücken in den Klappen in sehr kurzer Zeit geschlossen werden sollen, ins besondere beispielsweise bei Rückstromabsperrvor- richtungen von Dampfturbinenanlagen, bringt diese bekannte Vorrichtung zahlreiche Nachteile mit sich.
Die ,an mehreren Stellen aufzunehmenden Kräfte beanspruchen die nur begrenzt dimensionierbare Klappenwelle auf Biegung, aus der notwendigen Ab messung des Gestänges ergibt sich ein hoher Raum bedarf, und die Anbringungsmöglichkeit ist un günstig, was die Verwendungsmöglichkeit dieser Vor richtung einschränkt. Es sind auch Drehkolbenstell- motoren mit zur anzutreibenden Klappenwelle ko axialen Kraftwellen bekannt.
Ein grosser Nachteil sol cher Stellmotoren besteht aber in der Schwierigkeit der Abdichtung des Kolbens und dem daher kaum vermeidbaren Leckverlust. Ein weiterer Nachteil des Drehkolbenstellmotors ist darin zu sehen, dass bei dessen Ausbildung mit nur einseitig beaufschlagtem Kolben unter Betätigung in der anderen Arbeits richtung durch Federkraft für die Speicherung grosser Drehenergien die Drehfedern übermässig viel ,Platz beanspruchen, während der Raum im Inneren des Stellmotors nur zu einem kleinen Teil ausgenützt ist.
Die Erfindung bezweckt, diese genannten Nach teile zu vermeiden. Zu diesem Zwecke wird ein Stellmotor der eingangs geschilderten Art erfindungs gemäss derart ausgebildet, dass der Kolben als durch das Druckmedium zum mindesten in einer Arbeits richtung bewegbarer geradachsiger Hubkolben ausgebildet ist, dass der Kolben zum Zylinder mantel drehfest ist und mit einem koaxialen Steil gewinde versehen ist und dass eine koaxiale, in Achs richtung verschiebefeste und mit einem in das Steil gewinde des Kolbens eingreifenden Steilgewinde ver sehene Kraftwelle vorgesehen ist.
In der Zeichnung ;ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes vereinfacht dargestellt. Die einzige Figur zeigt einen axialen Schnitt durch einen Stellmotor.
Beim gezeigten Stellmotor bilden ein Zylinder mantel 1, ein in der Zeichnung rechts gelegener Zylinderdeckel 2 und ein Zylinderdeckel 3 einen Stellmotorzylinder. In diesem ist ein eine koaxiale Bohrung 4 aufweisender Kolben 5 in Achsrichtung beweglich angeordnet.
Der Kolben 5 begrenzt mit seiner in der Zeichnung rechts gelegenen Stirnfläche, dem Zylindermantel und dem Zylinderdeckel 2 einen Druckraum 6. Die dem Druckraum 6 abgewandte Stirnfläche des Kolbens 5, der Zylindermantel 1 und der Zylinderdeckel 3 begrenzen einen Federraum 7, in welchem eine Tellerfedersäule 8 angeordnet ist, die sich einerseits gegen die Innenfläche des Zylinder deckels 3 und anderseits gegen die dem Druckraum 6 abgewandte Stirnfläche des Kolbens 5 abstützt.
Die Tellerfedersäule 8 ist im zylinderdeckelseitigen Abschnitt des Federraumes 7 durch die Innenfläche des Zylindermantels 1 und im kolbenseitigen Ab schnitt durch die Aussenmantelfläche einer Kolben nabe 9 radial geführt, deren axiale Ausdehnung im wesentlichen der axialen Ausdehnung des Innenrau mes des Zylinders 1, 2, 3 vermindert um den Hub weg des Kolbens 5 entspricht.
Der Kolben 5 trägt an seiner Mantelfläche seine mit ihm fest verbundene achsparallele Passfeder 10, die in einer Nut 11 des Zylindermantels 1 entspre chend der Kolbenbewegung in Achsrichtung geführt ist und ein Verdrehen des Kolbens 5 gegen den Zylindermantel 1 verhindert. Der Zylindermantel 1 weist eine gegen die federseitige Stirnfläche des Kol bens 5 gewandts kreisringförmige achssenkrechte An- schlagfläche 12 auf.
Die federseitige Stirnfläche des Kolbens 5 trägt an ihrem Umfang einen zylinder- förmigen Aufsatz mit einer der Anschlagfläche 12 zugewandten kreisringförmigen achssenkrechten Dichtfläche 13. In der in der Zeichnung dargestellten Lage des Kolbens 5 liegt diese Dichtfläche 13 an der Anschlagfläche 12 auf.
Der Zylinderdeckel 3 weist eine koaxiale, mit einem Bund versehene Bohrung 14 auf. Der Zylin derdeckel 2 ist mittels eines Segrnentringes 15 und eines Grundringes 16 am Zylindermantel 1 befestigt und weist einen koaxialen Lagerring 17 auf, in den ein Axiallager 18 eingefügt ist. In der Wand der Bohrung 14 sowie im Axiallager 18 ist Beine durch die koaxiale Bohrung 4 des Kolbens 5 führende Kraftwelle 19 drehbar und in Achsrichtung verschiebe fest gelagert. Ein Lagerdeckel 20 bewirkt eine Abdichtung des Druckraumes 6 gegen die Umge bung und ermöglicht den Einbau sowie die Wartung des Radiallagers 18. Die Bohrung 14 ist mit einer Ringnut versehen, die eine Dichtung 21 aufnimmt.
Die Bohrung 4 des Kolbens 5 ist über ungefähr die Hälfte ihrer Ausdehnung in Achsrichtung druck- raumseitig mit :einem Innensteilgewinde 22 von 45 St-igung versehen. Über die andere federseitige Hälfte ihrer Ausdehnung in Achsrichtung ist die Bohrung 4 erweitert, und die Nabe 9 des Kolbens 5 trägt an ihrem federseitigen Ende .einen Bund 23 mit einer koaxialen Bohrung 24, die eine Ringnut aufweist, welche eine Dichtung 25 aufnimmt.
Die Kraftwelle 19 besteht aus :einem federseitigen glatten Teil 26 und einem druckraumseitigen Teil 27, der ein in das Innensteilgewinde 22 eingreifendes Aussensteilge- winde 28 aufweist, wobei die Ausdehnung dieses Aussensteilgewindes 28 in Achsrichtung im wesent lichen der Ausdehnung des Innensteilgewindes 22 zuzüglich dem Kolbenhub entspricht. Der glatte Teil 26 der Kraftwelle 19 wird von der Wand der Boh rung 24 im Bund 23 geführt.
Der Zylindermantel 1 weist eine in den Druck raum 6 mündende Bohrung 29 auf, an welche eine Stellölleitung 30 angeflanscht ist. Der Zylinderman tel 1 weist ferner im Raume unten bzw. oben in den Federraum 7 mündende Bohrungen 31 und 32 auf, an welche eine Leckölleitung 33 bzw. eine Druckluftleitung 34 angeschlossen ist. Das abtrieb seitige Ende der Kraftwelle 19 ist mit einer Arbeits welle 35 einer nicht gezeigten zu verdrehenden Ab- Sperrklappe mittels einer Passfeder 36 drehfest ver bunden.
Der dargestellte Stellmotor arbeitet folgenderma ssen. Über die Stellölleitung 30, in die ein nicht gezeigtes Steuerorgan eingeschaltet ist, gelangt Druck- öl .aus einem nicht gezeigten Druckölspeicher in den Druckraum 6. Dabei wird der Kolben 5 vom Zy linderdeckel 2 weg in Richtung gegen den Zylinder deckel 3 hin bewegt, wobei gleichzeitig die Teller- federsäule 8 zusammengedrückt wird. Diese Lage des Kolbens 5 entspricht der in der Zeichnung dar gestellten, und die nicht gezeigte Abschlussklappe wird in Öffnungsstellung gehalten.
Die Dichtfläche 13 des Kolbens 5 liegt an der Anschlagfläche 12 des Zylindermantels 1 im wesentlichen unter dem auf die druckraumseitige Stirnfläche des Kolbens 5 einwir kenden Druck des Drucköls, vermindert um den Druck der Federsäule 8, auf, wobei sich eine annä hernd vollständige Abdichtung zwischen dem Druck raum 6 und dem Federraum 7 im Bereich des Umfanges des Kolbens 5 ergibt, während die Dich tung 25 den mit dem Druckraum 6 in Verbindung stehenden Zwischenraum zwischen der Nabe 9 des Kolbens 5 und der Kraftwelle 19 gegen den Feder raum 6 abdichtet.
Unterbricht das nicht gezeigte Steuerorgan die Verbindung zwischen dem Druckraum 6 und der nicht gezeigten Druckölquelle und stellt es gleich zeitig eine Verbindung zwischen dem Druckraum 6 und der Umgebung her oder aber bricht der Öl druck zusammen, dann bewegt die Tellerfedersäule 8 den Kolben 5 gegen den Zylinderdeckel 2 hin. Dabei wird der Kolben 5 durch die Passfeder 10 ge genüber dem Zylindermantel 1 in Umfangrichtung festgehalten.
Das in das Aussensteilgewinde 28 der Kraftwelle 19 eingreifende Innensteilgewinde 22 des in Umfangrichtung festen Kolbens 5 zwingt bei der Bewegung des Kolbens 5 in Achsrichtung der axial verschiebefesten Kraftwelle 19 eine Drehbewegung auf, wobei die Kraftwelle 19 ihre Drehbewegung auf die Arbeitswelle 35 überträgt, wodurch die nicht gezeigte, zu schliessende Abschlussklappe geschlossen wird.
Durch die erfinderischen Massnahmen lässt sich ein mit einem von einem Druckmedium bea:ufschlag- ten, geradachsigen Hubkolben versehener Stellmotor, der vemachlässigbar kleine Leckverluste aufweist und sich leicht befestigen lässt, auf kleinem Raume unter bringen.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemässen Massnahmen besteht darin, dass in dem gleichen kleinen, vom Stellmotor eingenommenen Raum eine Feder untergebracht werden kann, deren gespeicherte Kraft ausreicht, um bei Ausfall der Druckölver- sorgung den Schliessvorgang zu besorgen.
Der Hubkolben könnte aber selbstverständlich auch beidseitig von Drucköl beaufschlagt ausgebildet werden, in welchem Falle zweckmässigerweise eine Vorrichtung zur Verhinderung eines plötzlichen Zu sammenbruches der Stehölversorgung vorzusehen wäre, beispielsweise eine im Schweizer Patent Nummer 417 347 gezeigte Vorrichtung. Wird eine hohle Kraft welle verwendet, kann diese ein Innensteilgewinde und die Kolbennabe ein Aussensteilgewinde tragen.
Wenn Lecköl bei abgenützter Anschlagfläche 9 und/ oder Dichtfläche 10 oder insbesondere bei nicht unter Druck anliegenden Anschlag- und Dichtflächen 12, 13 während der Bewegung des Kolbens 5 aus dem Druckraum 6 in dien Federraum 7 gelangt, so kann dieses Lecköl durch die Bohrung 31 über die Leckölleitung 33 abfliessen.
Ist der Ölbehälter wie häufig üblich höher als der Stellmotor angebracht, kann auch während des Betriebes durch Einbringen von im Verhältnis zum Öldruck einen geringfügigen Druck aufweisender Druckluft in den Federraum 7 über die Druckluftleitung 34 durch die Bohrung 32 das im Federraum 7 befindliche Lecköl über die Leckölleitung 33 in einen oberhalb des Drucköl- speichers befindlichen Vorratsbehälter gedrückt wer den, wobei die Dichtung 21 ein Entweichen von Druckluft in die Umgebung verhindert.
Bei in einer Arbeitsrichtung durch eine Feder belastetem Kolben kann es insbesondere bei Anbau des Stellmotors an eine heisse Teile aufweisende Maschine, beispielsweise an eine Dampfturbine, vor teilhaft sein, das Abtriebsende 37 der Kraftwelle druckraumseitig des Kolbens anzuordnen und den Stellmotor mit dem Druckraum gegen die Maschine an dieser zu befestigen, um eine die Eigenschaften der Feder beeinträchtigende Wärmeeinwirkung auf diese zu vermeiden.