Einrichtung zum stufenweisen Drehvorschub eines Gliedes Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrich tung zum stufenweisen Drehvorschub. eines Arbeits gliedes, beispielsweise einer drehbaren Spindel zum Öffnen und Schliessen eines Ventils, unter einstell barem Vorschub und insbesondere behandelt die Erfindung Vorrichtungen, welche mit Klinken ver sehen sind, um ein wirksam mit dem genannten Arbeitsglied verbundenes Klinkenrad in beiden Dreh richtungen antreiben zu können, wenn eine Betäti gung durch ein mit gleichem Hub hin und her be wegliches Mittel, beispielsweise durch die Kolben stange eines druckmittelbetriebenen Servomotors, er folgt.
Bei bekannten Einrichtungen zum wahlweisen Verrichten von entgegengesetzten Drehbewegungen, wie z. B. zum Öffnen oder Schliessen von Ventilen, wurde bisher ein separater Servomotor benutzt, der auf seine zugeordnete Klinke wirkte, um das Klinken rad in einer Richtung zu drehen, während ein weiterer separater Servomotor vorgesehen war und auf seine Klinke wirkte, um das Klinkenrad in die entgegen gesetzte Richtung zu treiben, was die ganze Anlage sehr verteuert.
Aufgabe der Erfindung ist, eine Einrichtung zu schaffen, mit der es möglich ist, ein- und denselben Servomotor zu benutzen, um die Klinken zum Be wegen des Klinkenrades in beiden Drehrichtungen betätigen zu können.
In vielen Fällen, wo Drehbewegungen verrichtet werden müssen, ist das zu Beginn der Bewegung vom Stillstand an zu überwindende Drehmoment grösser, als das wähnend der fast kontinuierlichen Vorschubbewegung zu verrichtende Drehmoment ist. Dies macht sich besonders bei Ventilen bemerkbar, wo sich das zum Schliessen eines Ventils erforderliche Drehmoment als ungenügend zum Öffnen desselben erweist. Ausserdem werden heutzutage die meisten Ventile mit hebender Spindel mit einer senkrecht wirkenden Dichtung für die Ventilspindel hergestellt, wobei sich das Anlassmoment in beiden Drehrichtun gen mit Bezug auf die erforderlichen Arbeitsmomente erhöht.
Gemäss der Erfindung ist die Einrichtung zum stufenweisen Drehvorschub eines Gliedes dadurch gekennzeichnet, dass die Vorschubklinken mit Bezug auf das Betätigungsglied des Servomotors im wesent lichen quer zur Arbeitsrichtung der Vorschubklinken so einstellbar sind, dass das Betätigungsglied zur Wahl der Drehrichtung entweder mit der einen oder der anderen der beiden Vorschubklinken und auf einer geeigneten Stelle der entsprechenden Vorschub klinke für die Regelung der Vorschublänge in Eingriff gebracht wird.
In der beiliegenden Zeichnung ist eine bevorzugte Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes bei spielsweise dargestellt. Es zeigt: Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Vorrichtung zum Durchführen von umkehrbaren Drehbewegungen und Fig. 2 einen Axialschnitt durch einen Servomotor, der hin und her gehende Bewegungen ausführen kann und mit einer Steuerung versehen ist.
Gemäss Fig. 1 besitzt die Einrichtung zum Durch führen einer Drehbewegung ein Gehäuse 1, welches durch einen nicht gezeigten Deckel geschlossen wer den kann, der durch in Gewindelöcher 2 eingreifende Schrauben am Gehäuse 1 befestigt ist. Im Gehäuse 1 ist ein Zahnrad oder Klinkenrad 3 drehbar gelagert und mit einer mittleren Öffnung 4 versehen, welche drehfest eine Spindel aufnehmen kann, die in der einen oder anderen Richtung gedreht werden soll. Zwischen dem Klinkenrad 3 und dem Boden des Gehäuses 1 ist ein ringförmiger Teil 5 drehbar ge lagert, welcher mit zwei Armen 6 und 7 versehen ist, die sich mit Bezug auf die Achse des Klinkenrades 3 in einer radialen Ebene und in entgegengesetzten Richtungen erstrecken.
Jeder Arm 6 und 7 trägt einen Winkelhebel 8 bzw. 9, der um einen parallel zur Drehachse des Klinkenrades 3 verlaufenden Dreh zapfen 10 bzw. 11 drehbar ist. Jeder Winkelhebel 8, 9 stützt seinerseits eine Klinke 12, 13 ab, welche um ihre Wellenstummel 14, 15 am Winkelhebel 8 bzw. 9 verschwenkbar ist. Die Klinken 12 und 13 werden jeweils durch eine Druckfeder 16 bzw. 17 elastisch gegen das Klinkenrad 3 angedrückt. Die Feder 17 ist durch unterbrochene Linien dargestellt. Ein An schlag 18 ist an der Verbindungsstelle der Arme 6, 7 vorgesehen und bildet eine Abstützung für die hin teren Enden der Klinken 12, 13.
Eine Zugfeder 19 ist mit ihren Enden an Bolzen 20, 21 der Winkelhebel 8, 9 befestigt, um die Klinken 12, 13 in der in Fig. 1 gezeigten Lage ausser Eingriff mit dem Klinkenrad 3 zu halten.
Eine Antriebsvorrichtung 22 mit einer hin und her gehenden Stange 23 ist an einem Ansatz 24 am Gehäuse 1 so gelagert, dass sich das Ende der hin und her beweglichen Stange 23 in das Innere des Gehäuses 1 zu einer Ebene durch- die verlängerten Berührungsoberflächen 25, 26 der Winkelhebel 8, 9 hineinerstreckt.
Der ringförmige Träger 5 ist mit einem Vor sprung 27 versehen, der an die Kolbenstange einer Steuerkolben- und Zylindervorrichtung 29 angelenkt ist, um die Lage des ringförmigen Trägers mit seinen Armen 6, 7 und den Klinkenvorrichtungen relativ zu der hin und her beweglichen Stange 23 ein stellen zu können.
Der ringförmige Träger 5 ist ferner an seinem Umfang mit einem Anschlagkopf 30 versehen. Ein zwischen seinen Enden um einen Zapfen 32 dreh barer Hebel 31 kann den Kopf 30 mit dem einen oder anderen seiner hakenförmigen Enden berühren. Eine Feder 33 kann den Hebel 31 normalerweise in Ausserbetriebslage halten. Eine Welle 34 trägt ein Zahnrad 35, das mit dem genannten Zahnrad 3 in Eingriff steht, und ist mit dem Hebel 31 wirksam verbunden, um letzteren je nach der Bewegungs richtung des ersten Zahnrades 3 in die--eine oder andere Richtung zu schwenken.
Es ist zu beachten, dass die verlängerten Be rührungsoberflächen 25, 26 der Winkelhebel 8 bzw. 9 der Klinkenvorrichtungen annähernd radial zur Achse der Zapfen 10, 11 angeordnet sind, so dass die hin und her bewegliche Stange 23 in Berührung mit dem betreffenden Winkelhebel 8 oder 9 bei unterschiedlichen Abständen von der Drehachse des letzteren kommen kann und dadurch unterschied liche Drehmomente am jeweiligen Winkelhebel und somit unterschiedliche Betriebskräfte an der betref fenden Klinke ausübt.
Ferner ist es möglich eine vorbestimmte Länge der Bewegung der Klinke 12 oder 13 durch die relative Lage des Winkelhebels 8 oder 9 und der hin und her beweglichen Stange 23 auszuwählen. Somit lässt sich eine verschiedene Länge der Vorschubbewegung der Klinke 12 oder 13 trotz der Tatsache erzielen, dass die hin und her gehende Stange 23 einen konstanten Hub ausführt. Dieser Zustand ist ein grosser Vorteil, da der Servomotor dann in einfacher Weise mit vorbestimmtem Hub konstruiert werden kann.
Die Einrichtung wirkt wie folgt: Beim Anlassen des hin und her gehenden Servomotors 22 wird gleichzeitig auch die Steuervorrichtung 29 betätigt und bewegt den ringförmigen Träger 5 in einer vor bestimmten Richtung. Der Hakenhebel 31 wird durch die ineinandergreifenden Zahnräder 3 und 35 verschwenkt, um eine vorbestimmte Arretierungs- lage für den Anschlagkopf 30 am ringförmigen Trä ger 5 je nach der Drehrichtung des Zahnrades 3 ein zunehmen.
Nachdem der ringförmige Träger 5 diese Lage erreicht hat, wird die Klinkenvorrichtung relativ zur hin und her beweglichen Stange 23 zu einer weit von ihrem Drehzapfen entfernten Stelle an den ver längerten Berührungsoberflächen 25 oder 26 von einer der Klinkenvorrichtungen bewegt, wodurch sich die kürzeste Vorschubbewegung der Klinke er gibt. Passenderweise wird die Klinkenvorrichtung so angeordnet, um eine Vorschubbewegung zu verrich ten, welche dem Abstand zwischen zwei Zähnen des Zahnrades 3 entspricht.
Nach einigen Arbeitshüben der Steuerkolben und Zylindervorrichtung 29 bewegt sich der ringförmige Träger 5 zu einer Lage, in wel cher die hin und her bewegliche Stange 23 die ver längerte Oberfläche 25 oder 26 der Klinkenvorrich tung an einer Stelle berührt, die näher der Drehachse der Klinkenvorrichtung liegt, wodurch sich der Hub der Klinke vorzugsweise auf eine Strecke verlängert, welche dem Abstand von drei Zähnen entspricht.
Bei diesem Arbeitsgang wird der Hakenhebel 31 automatisch dazu gebracht, eine Lage einzunehmen, welche eine Verstellbewegung des, ringförmigen Trä gers 5 gestattet.
Fig. 2 zeigt einen hin und her beweglichen Ser vomotor 22, der sich zum Einbau in eine Einrich tung zum Durchführen der oben beschriebenen Dreh bewegung eignet. Dieser Servomotor besitzt ein Ge häuse 36, das eine hin und her bewegliche Stange 23 umschliesst, welche mittels passender Elemente 38, 39 an eine Membran 37 angeschlossen ist. Eine Feder 40 drückt in Fig. 2 die Membran 37 dauernd nach links. Eine zur Aufnahme der Druckflüssigkeit geeignete Arbeitskammer 41 ist an der gegenüber liegenden Seite der Membran 37 vorgesehen.
Der eine Endteil der hin und her beweglichen Stange 23 mit einer Innenkammer oder einer Bohrung 42 für eine Ventilspindel 43 erstreckt sich in die ge nannte Arbeitskammer. Die axial in der Kammer 42 verschiebbare Ventilspindel 43 trägt eine Ventil platte 44, welche auf einer Schulter 45 aufruht. Die als Austrittsventil wirkende Ventilplatte 44 ar beitet mit einem Ventilsitz zusammen, welcher mit Strömungsöffnungen 46 versehen ist, die mit einer Austrittsöffnung 47, in Verbindung stehen.
Eine Abstandshalterhülse 48 ist an der Ventilspindel 43 vorgesehen, um den Abstand zwischen der Austritts ventilplatte 44 und einer Eintrittsventilplatte 49 fest zulegen, welche mit einem sich rings um einen Strö- mungsdurchlass 50 erstreckenden Ventilsitz zusam menarbeitet. Druckflüssigkeit kann im geöffneten Zustand durch den Strömungsdurchlass 50 zur Ar beitskammer 41 von einem Einlass 51 gelangen, der an eine nicht gezeigte Druckflüssigkeitszuleitung an geschlossen werden kann. Eine Mutter 52 ist an der Spindel 43 angeschraubt, um die Ventilplatten 44 und 49 an der Spindel 43 festzuhalten.
Es sollte beachtet werden, dass die Austrittsventilplatte 44 grösser als die Eintrittsventilplatte 49 ist.
Die Ventilplatten 44, 49 sind jeweils mit Schul tern 53, 54 versehen, welche in einen entsprechen den Teil 50 bzw. 53 der Strömungsöffnung gleitbar einpassen können, so dass ringförmige Räume rings um die genannten Teile der Öffnungen zwischen den Ventilplatten 44, 49 und ihren Sitzen ausgebildet werden, wenn die Ventilplatten gegen ihre Ventil sitze anliegen. Die Ringräume 55, 56 sind solcher Art, dass bei einer begrenzten Bewegung der Ventil platten 44, 49 in der ,einen Richtung von ihren Sitzen, diese Räume 55, 56 mit den Räumen 41 bzw. 51 ausserhalb der Ventilplatten 44, 49 verbunden sind, während die entsprechende Schulter 53 oder 54 immer noch den Durchgang durch das Ventil ver schliesst.
An der Aussenseite der Ventilplatte 44 erstreckt sich die Ventilspindel 43 in die Kammer 42 im Ende der hin und her beweglichen Stange 23. Ein Paar Hülsen 57 und 58 sind axial gleitbar an der Ventil spindel 43 vorgesehen. Eine Druckfeder 59 befindet sich zwischen den beiden Hülsen 57 und 58. Die benachbart der Ventilplatte 44 liegende Hülse 57 ist länger als die andere Hülse 58 und liegt gegen die Ventilplatte 44 an, wenn das Austrittsventil geschlos sen ist. Ein Arretierungsmittel 60 ist an der CSffnung der Bohrung 42 vorgesehen, um einen Flansch am Ende der Hülse 57 und der Ventilplatte 44 gegen überliegend zu erfassen, während eine innere Schulter 62 der Bohrung 42 als Anschlag für die andere Hülse 58 wirkt.
Das Ende der Ventilspindel 43 ist mit einem Kopf 61 versehen, welcher in gewissen Lagen der Ventilspindel 43 die kürzere Hülse 58 berühren kann.
Der Servomotor mit seiner verstellbaren Ventil vorrichtung arbeitet in der folgenden Weise: Es wird vorausgesetzt, dass die Membran 37, welche ersichtlicherweise auch durch einen Kolben oder irgendein anderes hin und her bewegliches Element ersetzt werden könnte, eine Lage einnimmt, die durch eine elastische Kraft, wie beispielsweise eine durch die Feder 40 erzeugte Kraft, bestimmt wird, wobei in dieser Lage das Austrittsventil 44 geschlossen ist. Die Membran 37 und ihre hin und her bewegliche Arbeitspindel 23 ist in einem Gehäuse 36 untergebracht.
Druckflüssigkeit zum Bewegen der Membran 37 entgegen der Einwirkung der Feder 40 wird durch die Einlassöffnung 41 zugeführt und gelangt durch die Strömungsöffnung 50 des Einlassventils 49 zur Arbeitskammer 41 an der Rückseite der Membran 37, wobei diese Membran beim Erzeugen eines Überdruckes in der Arbeits kammer 41 in Fig. 2 entgegen der Kraft der Feder 40 nach links bewegt wird.
Während dieser Bewegung bleibt die Austrittsventilplatte 44 in Verschliesslage, und zwar einerseits durch die Einwirkung der zwi schen den Hülsen 57, 58 vorgesehenen Feder 59 auf die Ventilspindel 43 und anderseits durch den Überdruck, welcher an der Ventilplatte 44 wirkt, deren gegenüberliegende Seite Atmosphärendruck ausgesetzt ist. Während sich die Membran 37 mit ihrer Stange 23 bewegt, wird die kürzere oder innere Hülse 58 veranlasst sich zusammen mit der Stange 23 zu bewegen, wobei sie gleichzeitig durch Einwirkung der zwischen den Hülsen 57 und 58 befindlichen Feder 59 gegen die Schulter 62 anliegt.
Nach dem Zurücklegen einer vorbestimmten Strecke berührt der einwärtsliegende Anschlag 60 am Ende der in der Stange 23 vorgesehenen Bohrung 42 einen Flansch an der längeren oder äusseren Hülse 57. In dieser Lage übt die Feder 59 keinen Einfluss mehr auf die Hülse 57 aus und folglich auch nicht auf die Ventilplatte 44, so dass letztere nur durch den Überdruck des Fluidums in der Arbeitskammer 41 an ihrem Platz gehalten bleibt. Beim weiteren Be wegen der Stange 23 nach links in Fig. 2 bewegt der Anschlag 60 unter Anspannen der zwischen den Hülsen 57, 58 befindlichen Druckfeder 59 die äussere Hülse 57 der Ventilspindel entlang, sobald die innere Hülse 57 den Kopf 61 der Ventilspindel 43 berührt.
Nahe am Ende des Auswärtshubes der Stange 23 kommt die innere Hülse 57 in Berührung mit der Innenkante der benachbarten äusseren Hülse 58. In folge des Umstandes, dass in dieser Lage die Hülsen 57, 58 und der Kopf 61 in mechanischer Berührung miteinander sind, wird der Ventilspindel 43 ein Stoss erteilt, wodurch sich die Austrittsventilplatte 44 um einen gewissen Betrag von ihrem Sitz wegbe wegt und das in der Arbeitskammer 41 vorhandene Druckfluidum in den Ringraum an der Rückseite der Ventilplatte 44 strömt.
Bei dem oben beschriebenen, gleitenden Berühren der Schulter 53 mit der Strömungsöffnung 46 bleibt letztere während der genannten begrenzten Bewegung noch geschlossen, wodurch sich eine wesentliche Verringerung der an der Ventilplatte 44 wirkenden Schliesskraft infolge des Druckausgleiches an beiden Seiten der Ventilplatte 44 ergibt.
Da die Ventilplatten 44, 49 als eine Einheit an der Ventilspindel 43 und in einem konstanten Ab stand voneinander angeordnet sind, bewegt sich die Einlassventilplatte 49 gleichzeitig eine entsprechende Strecke zu ihrem Ventilsitz, wodurch sich die Fläche der Strömungsöffnung 50 durch das Einlassventil verringert.
In der eben beschriebenen Lage der Hülsen 57, 58 und der Ventilspindel 43 ist ein Spielraum zwi schen der Schulter 62 der Bohrung 42 und der Kante der inneren Hülse 58 vorgesehen. Infolge der Verringerung der auf die Austrittsventilplatte 44 einwirkenden Kraft kann sich die Druckfeder 59 zwischen den Hülsen 57 und 58 etwas ausdehnen, wodurch die Ventilspindel 43, die mit ihrem Kopf 61 die Innenhülse 58 berührt, vom Austrittsventil sitz wegbewegt wird.
Die Austrittsventilplatte 44 wird dadurch von ihrem Sitz gänzlich entfernt, wäh rend die Arbeitskammer 41 in freie Verbindung mit dem Ringraum 55 gebracht wird, so dass in der Kam mer 41 vorhandene Flüssigkeit zum Austritt 47 ent weichen kann, wodurch sich die Arbeitskammer 41 vom Flüssigkeitsdruck entlädt und Atmosphären druck annimmt. Zur gleichen Zeit berührt die Ein lassventilplatte 49 ihren Sitz und schliesst endgültig die Verbindung für die Druckflüssigkeit zur Arbeits kammer.
Infolge des erwähnten Druckabfalls in der Ar beitskammer 41 kann die Feder 40 des Servomotors von neuem die Membran 37 und die hin und her bewegliche Stange 23 nach rechts in Fig.2 drücken.
Beim Einwärtsbewegen der hin und her beweg lichen Stange 23 dehnt sich die zwischen den Hülsen 57, 58 befindliche Feder 59 aus, während sich die äussere Hülse 57 relativ zur Ventilspindel 43 gegen die Ventilplatte 44 bewegt. Sobald die innere Hülse 58 die innere Schulter 62 der Bohrung 42 berührt, wird die dazwischenliegende Feder 59 wiederum zusammengedrückt und die Austrittsventilplatte 44 wird in zwei Stufen unter Einwirkung der Druckfeder 59 und des mechanischen Kontaktes zwischen den Hülsen 57, 58 und der Stange 23 geschlossen.
Während der ersten der genannten beiden Stufen wird das Einlassventil 49 ausser Berührung mit seinem Sitz bewegt, während seine Schulter 54 immer noch den Durchlass durch das Ventil verschliesst, und die Schulter 53 der Austrittsventilplatte 44 die Strö mungsfläche zum Auslass 47 verringert, und in der zweiten Stufe öffnet die Einlassventilplatte 49 den Durchgang durch das genannte Ventil gänzlich, wäh rend die Austrittsventilplatte 44, ihren Sitz berührt.
Dadurch wird der Arbeitskammer 41 frische Druck flüssigkeit zugeführt und die Arbeitsweise der hin und her beweglichen Stange 23 umgekehrt.