CH647049A5

CH647049A5 - Pneumatische betaetigungseinrichtung, z.b. zum regeln von ventilen.

Info

Publication number: CH647049A5
Application number: CH597280A
Authority: CH
Inventors: Sven Nordlund
Original assignee: Wire Matic Regler Ab
Priority date: 1978-11-24
Filing date: 1979-11-21
Publication date: 1984-12-28
Also published as: GB2059507B; SE414815B; JPS55500956A; GB2059507A; DK285180A; DK155456C; WO1980001096A1; NL186105B; NL186105C; DK155456B; NL7920150A; JPS6318041B2; US4354424A; SE7812136L

Description

Die Erfindung betrifft pneumatische Betätigungseinrichtungen, z.B. zum Regeln von Ventilen, mit einem Zylinder, in dem ein Kolben bewegbar angeordnet ist, der einen sich axial erstreckenden Stangenteil mit Zähnen aufweist, die mit zweiten, an einem Betätigungselement angeordneten Zähnen kämmen, das drehbeweglich in mindestens einer Zylinderwand quer zur Achsrichtung des Kolbens befestigt ist und abdichtend durch die Zylinderwand hindurchgeht, wobei der Kolben an seiner seinem Stangenteil gegenüberliegenden Seite mit einer Aussparung zur teil weisen Aufnahme einer Feder für den Kolbenrücklauf versehen ist.

Es sind verschiedene Arten solcher Betätigungseinrichtungen bekannt, z.B. zum Öffnen und Schliessen von Ventilen wie Kugelventilen (siehe z.B. SW-PSen 337 746 und 361 712, DE-OSen 2 647 385 und 2 430 268 und FR-PS 2 121 444).

Bei einer solchen Betätigungseinrichtung werden für den Kolbenrücklauf Federn verwendet, die kurz sind und stabartige Elemente zur Führung des Kolbens während seiner Bewegung umgeben. Die kurzen Federn erzeugen nur eine kleine Rückstellkraft, die sich über der Länge des Kolbenhubs stark ändert. Die Anordnung von Führungselementen zum Führen der Kolbenbewegung hat den Nachteil, dass die Anzahl der Elemente der Betätigungseinrichtung vergrössert wird, und vergrössert die Gefahr, dass der Kolben im Zylinder hängen bleibt.

Eine besondere Schwierigkeit bei solchen Betätigungseinrichtungen beruht darauf, dass ihre Wirkung oft derart ist, dass das von der Betätigungseinrichtung betätigte Ventil oder dergleichen offen gehalten wird, wenn Luft unter Druck auf den Kolben wirkt. Wenn der Druck nachlässt, soll das Ventil durch die Feder geschlossen werden. Wenn jedoch die Federn nur eine kleine Kraft ausüben oder wenn sich die Federkraft so ändert, dass nur eine geringe Kraft auf den Kolben in der Endphase seiner Schliessbewegung ausgeübt wird, besteht die Gefahr, dass das Ventil nicht völlig schliesst, was verständlicherweise ernsthafte Folgen haben kann.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Betätigungseinrichtung, die die erwähnten Nachteile vermeidet. Die erfindungsgemässe Betätigungseinrichtung ist hauptsächlich dadurch gekennzeichnet, dass sich die Aussparung zur Aufnahme der Feder derart in den Stangenteil des Kolbens erstreckt, dass ein Ende der in die Aussparung eingesetzten Feder, selbst wenn der Kolben in der Stellung ist, in der die Feder maximal zusammengedrückt ist, sich axial annähernd bis zu oder über eine radiale Linie hinaus erstreckt, die durch das Rotationszentrum des Betätigungselements verläuft.

Eine erfindungsgemässe Betätigungseinrichtung unterscheidet sich dadurch, dass ihr Betätigungselement eine starke Kraft mit kleineren Änderungen während seiner Bewegung liefert, und ist daher zuverlässiger als bekannte Betätigungseinrichtungen. Die den Kolben betätigende Feder kann auch vergleichsweise stark gespannt in einer Grenzstellung des Kolbens sein, und diese Federspannung wird nach der Betätigung des Kolbens als Ergebnis des darauf wirkenden Luftdrucks noch weiter erhöht. Daher wird der Kolben durch die Feder wirksamer und ausgeprägter zurückgeführt als bei bekannten Betätigungseinrichtungen. Einer der weiteren erfindungsgemäss erzielten Vorteile besteht darin, dass dieselbe Betätigungseinrichtung zur Betätigung grösserer Ventile als bisher verwendet werden kann.

Praktische Versuche haben gezeigt, dass unter gleichen . Bedingungen eine erfindungsgemässe Betätigungseinrichtung viermal stärkere Federn (in Kp m) verwenden kann als bekannte Betätigungseinrichtungen.

Der Zylinder kann in der Praxis eine besondere Endwand aufweisen, die mittels Schrauben lösbar mit dem Zylinder verbunden ist. Diese Endwand kann ein Loch haben, um den Zylinder mit einer Luftleitung zu verbinden. Ferner kann die Zylinderwand eine axiale Bohrung aufweisen, die sich unter rechten Winkeln zur Endwand erstreckt und die zusammen mit dem Loch einen Kanal für die Luftzufuhr zum Innenraum des Zylinders liefert.

Die äussere Endwand der Betätigungseinrichtung kann vorteilhaft an ihrer Innenseite eine besondere, abgedichtete Endwand aufweisen, die den Zylinderraum begrenzt und eine Nut zur Aufnahme eines O-Rings aufweist.

Die Wirkung der Betätigungseinrichtung kann ferner durch Beschichtung der Umfangsfläche des Stangenteils mit Polytetrafluoräthylen verbessert werden, der gegen die Innenwand des Zylinders anstösst.

Bevorzugte Ausführungsformen des Erfindungsgegenstands sind nachfolgend anhand der teilweise schematischen Zeichnungen näher beschrieben, dabei zeigen:

Fig. 1 und 2 eine Betätigungseinrichtung im Längsschnitt bzw. Seitenansicht;

Fig. 3 eine Vorderansicht der Betätigungseinrichtung der Fig. 1 und 2 teilweise geschnitten; und

Fig. 4 in grösserem Massstab eine zweite Betätigungseinrichtung in ähnlicher Darstellung wie in Fig. 1.

Die Betätigungseinrichtung 1 der Fig. 1 bis 3 weist einen Zylinder 2 mit zwei wechselseitig gegenüberliegenden, gekrümmten Seitenflächen 2a und zwei wechselseitig gegenüberliegenden, flachen Seitenflächen 2b auf. Deren Innenflächen begrenzen zusammen mit inneren Endwänden 5 eine zylindrische Kammer 3. Letztere sind einstückig mit äussern Endwänden 4, die mittels Schrauben 7 mit den Zylinderwänden 2 verbunden sind. In den inneren Endwänden 5 sind Nuten 5a angeordnet, um einen zugeordneten O-Ring 6 zur Abdichtung der Zylinderkammer 3 aufzunehmen.

Durch die flachen Seitenwände 2b des Zylinders erstreckt sich ein zylindrisches Betätigungselement 10, dessen Achse senkrecht zur Zylinderachse verläuft. Das Betätigungselement 10 ist abdichtend in den flachen Seitenwänden 2b befestigt und liefert ein äusseres Greiforgan 1 Ob, um z.B. ein nicht

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dargestelltes Kugelventil zu betätigen. Das Greiforgan 1 Ob kann für eine Drehung um 90° ausgebildet sein.

Der Mittelteil des Betätigungselements 10 weist Zähne 10a auf, die mit zweiten Zähnen 1 la an zwei axial verlaufenden Stangenteilen 11 kämmen, von denen jeder mit einem Kolben 12 verbunden ist.

Jeder Kolben 12 ist zur Bewegung zwischen zwei Grenzstellungen in der Kammer 3 ausgebildet und weist eine Umfangsnut 12a zur Aufnahme eines O-Rings 13 auf.

Die Kolben sind zwischen zwei durch die inneren Endwände 5 und die Stangenteile 11 definierte Grenzstellungen bewegbar, d.h. zwischen Stellungen, in denen die Stangenteile an die gegenüberliegenden, nach innen gewandten Oberflächen des Kolbens anstossen.

In einer Endwand 4 sind zwei Anschlussöffnungen 15,16 für nichtdargestellte Luftzufuhrleitungen angeordnet. Die Öffnung 15 steht mit dem Mittelteil der Kammer 3 strö-mungsmässig über einen Kanal 17 in der äusseren Endwand 4, über einen axialen Anschlusskanal 18 und über einen radialen Kanal 19 in der Zylinderwand in Verbindung.

Die andere Öffnung 16 steht mit der Kammer 3 strömungs-mässig im Bereich der beiden inneren Endwände 5 über entsprechende Kanäle 20,21 in Verbindung.

Durch Zufuhr von Druckluft zu einem der Löcher 15,16 können die Kolben 12 veranlasst werden, sich aufeinander zu und voneinander weg zu bewegen und so das Betätigungselement 10 zu drehen.

Die Voneinanderwegbewegung der Kolben 11 kann wahlweise zusätzlich entgegen der Wirkung einer Federkraft stattfinden. Zu diesem Zweck (siehe in Fig. 1 und 3 den rechten Kolben 12 und den zugeordneten Stangenteil 11), sind die Kolben mit axial verlaufenden Aussparungen oder Bohrungen 24 versehen, um Federn aufzunehmen.

Diese Federn sind in Fig. 4 mit 26 bezeichnet.

Wie Fig. 1 und 4 zeigen, verlaufen die Bohrungen 24 im wesentlichen über die ganze Länge des Stangenteils 11, d.h. die Federn 26 sind verhältnismässig lang.

In Fig. 3 sind zwei Bohrungen 24 dicht nebeneinander angeordnet, um Federn 26 aufzunehmen.

Die Kolben 12 sind auch mit zwei zentralen Bohrungen 27 versehen, um Federn 28 mit kürzerer Länge aufzunehmen (Fig. 4). Die Federn 26,28 sind auch in Aussparungen in den inneren und äusseren Endwänden 4,5 aufgenommen.

Wenn die Kolben 22 und die zugeordneten Stangenteile 11 Federn 26,28 aufnehmen, bewegen sich die Kolben normalerweise unter der Wirkung einer pneumatischen Kraft voneinander weg, und die Federn bewirken, dass die Kolben in ihre Ausgangsstellungen zurückkehren.

Wie Fig. 1 zeigt, weist die Bohrung oder Aussparung 24 im s Stangenteil 11 des Kolbens 12 eine solche Länge auf, dass eine in die Aussparung eingesetzte Feder 26 sich nicht nur bis zu einer radialen Linie erstreckt, die senkrecht zur Kolbenachse durch das Schwenkzentrum des Betätigungselements 10 verläuft, sondern über diese Linie hinaus, selbst wenn der Kolben in einer Stellung ist, in der die Federn maximal zusammengedrückt sind.

Da die Federn verhältnismässig lang sind, führen die Kolben 12 und die zugeordneten Stangen teile 11 eine gleichförmige und ausgeprägte Rückstellbewegung aus, die auf das Betätigungselement 10 übertragen wird. Die Federn können auch beträchtlich in ihre Grenzstellungen vorgespannt sein, wodurch sichergestellt wird, dass das Betätigungselement immer in seine Grenzstellung rotiert. Das bedeutet in der Praxis, dass ein vom Betätigungselement betätigtes Ventil immer genau geschlossen wird.

Wie man erkennt, tragen die zentralen Federn 28 der Fig. 4 auch zu dieser wirksamen Schliessbetätigung des Ventils bei, sie können aber nicht dieselbe Vorspannung wie die Federn 26 liefern, ohne die richtige Wirkungsweise der Betätigungseinrichtung zu gefährden.

Die Umfangsflächen des Stangenteils 11, die gegen die Innenwand des Zylinders anstossen und führen, sind mit einer Schicht 1 lb aus Polytetrafluoräthylen bedeckt, um die kleinstmögliche Reibung zu erhaten, wenn sich die Kolben im Zylinder bewegen.

Bei einer Abwandlung wird nur ein Kolben mit zugeordnetem Stangenteil verwendet, um das Betätigungselement 10, zu aktivieren. Dann ist die Zylinderkammer etwas kürzer als 3s bei den anderen Ausführungen.

Vorzugsweise sind die Kolben und zugeordneten Stangenteile immer mit langgestreckten Bohrungen 24 der genannten Art versehen. Dabei können dieselben Kolben benutzt werden, gleichgültig ob die Betätigungseinrichtung zur Bewe-40 gung in beiden Richtungen unter pneumatischem Druck ausgebildet sind oder nur in einer Richtung, wobei die Rücklaufbewegung der Kolben durch Federdruck erhalten wird. Da in beiden Fällen dieselbe Betätigungseinrichtung verwendet werden kann, ist am aktuellen Verwendungsort zu ent-45 scheiden, wie die Kolben zurückgeführt werden sollen.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims

647 049 PATENTANSPRÜCHE

1. Pneumatische Betätigungseinrichtung, z.B. zum Regeln von Ventilen, mit einem Zylinder (2), in dem ein Kolben (12) bewegbar angeordnet ist, der einen sich axial erstreckenden Stangenteil (11) mit Zähnen aufweist, die mit zweiten, an einem Betätigungselement (10) angeordneten Zähnen (10a) kämmen, das drehbeweglich in mindestens einer Zylinderwand (2b) quer zur Achsrichtung des Kolbens (12) befestigt ist und abdichtend durch die Zylinderwand hindurchgeht, wobei der Kolben an seiner seinem Stangenteil gegenüberliegenden Seite mit einer Aussparung zur teil weisen Aufnahme einer Feder (26) für den Kolbenrücklauf versehen ist,

dadurch gekennzeichnet, dass sich die Aussparung (24) zur Aufnahme der Feder (26) derart in den Stangenteil (11) des Kolbens (12) erstreckt, dass ein Ende der in die Aussparung (24) eingesetzten Feder (26), selbst wenn der Kolben (12) in der Stellung ist, in der die Feder (26) maximal zusammengedrückt ist, sich axial annähernd bis zu oder über eine radiale Linie hinaus erstreckt, die durch das Rotationszentrum des Betätigungselements (10) verläuft.

2. Betätigungseinrichtung nach Patentanspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Umfangsfläche des Stangenteils (11), der gegen die Innenwand des Zylinders (2) anstösst, mit Polytetrafluoräthylen (IIb) beschichtet ist.