DE1138991B - Ventil - Google Patents

Description

• Ventil Die Erfindung bezieht sich auf ein Ventil oder einen ähnlichen tätigen Verschluß mit einem drehbaren Verschluß- oder Antriebsteil, dessen Antriebswelle od. dgl über einen Zahnbetrieb mit Zahnstange und Ritzel von einem druckmittelbetätigten Stellglied aus verdrehbar ist. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf die neuartige Anordnung des druckmittelgesteuerten Stellgliedes und auf die Bewegungsübertragung von diesem Stellglied auf das Verschlußstück.
• Es sind bereits Ventile od. dgl. mit druckmittelgesteuerten Stellgliedern bekannt. Bei den bekannten Ausführungen dieser Art werden jedoch zur Verstellung der Verschlußstücke nicht lediglich reine Drehmomente aufgewandt, sondern zusätzlich zu diesen auch noch Schubkräfte bzw. Biegebelastungen. Diese zusätzlichen Kräfte, die zur eigentlichen Verstellung nichts beitragen, verteuern und erschweren die Konstruktion und bringen andererseits die Gefahr mit sich, daß nach einer verhältnismäßig kurzen Betriebszeit Leckstellen entstehen. Andererseits müssen bei den bekannten Ventilen od. dgl. verhältnismäßig große Verstellmomente aufgebracht werden.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zur zuverlässigen Abdichtung der Ventilwelle diese einwandfrei zu führen und das Auftreten irgendwelcher Biegebelastungen oder sonstigen Beanspruchungen, außer dem Drehmoment, mit Sicherheit auszuschalten. Da jede auf die Steuerwelle ausgeübte seitliche Biegebelastung zu einer ungleichmäßigen radialen Belastung der ringförmigen Dichtung und damit zu einer vorzeitigen Abnutzung der stärker belasteten Seite derselben führen muß, kam es darauf an, eine Ventilkonstruktion mit einem druckmittelgesteuerten Versielltrieb zu schaffen, der die vorgenannten Nachteile nicht besitzt.
• Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Zahntrieb zwei beiderseits mit dem Ritzel kämmende, zueinander parallel und gegenläufig verschiebbare Zahnstangen umfaßt, während das Stellglied durch zwei beiderseits des Ritzels gleichachsig zueinander angeordnete, an ihren einander zugewandten Enden die Zahnstangen tragenden Kolben gebildet wird, die in einer entsprechenden Bohrung in dem den Zahntrieb aufnehmenden Gehäuse geführt und unter dem Einfluß des dem Gehäuse wahlweise zwischen den Kolben oder außerhalb derselben zugeführten Druckmittels gegenläufig zueinander hin oder voneinander fort verschiebbar sind.
• Es ist zwar bekannt, zwei gegenläufig bewegliche Kolben über Zahnstangen mit einem Ritzel zusammenwirken zu lassen. Dabei handelt es sich jedoch um eine Pumpe. Es ist weiterhin ein hydraulisches Stellglied mit zwei gegenläufig zueinander beweglichen Kolbenpaaren, und zwar jeweils einem Hauptkolben und einem Hilfskolben, bekanntgeworden, die über zwei zwischen je ein Kolbenpaar eingeschaltete Zahnstangen, auf ein mit diesen Zahnstangen kämmendes Ritze] wirken. Diese Anordnung ist jedoch komplizierter und damit nicht nur aufwendiger, sondern auch störanfälliger als die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung.
• Durch die erfindungsgemäße Ausführung wird die Lagerung und Abdichtung der an der Drehbewegung beteiligten Elemente des Ventils vereinfacht. Außerdem wird die Lebensdauer des Ventils od. dgl. vergrößert, da die Stellvorrichtung frei von Biegemomenten und sonstigen Kräften ist und das allein übertragene Drehmoment keine Lagerbrücke auf das Ventil ausübt.
• Gegenüber anderen Ausführungen mit in Richtung der Welle wirkender Druckkraft und Umwandlung der Längs- in eine Drehbewegung mittels Schraubenkurven ergibt sich der Vorteil, daß größere Kräfte übertragen werden können.
• Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich durch die nachfolgende Beschreibung, in der an Hand der Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert ist. Es zeigt Fig. 1 einen senkrechten Längsschnitt durch eine Einrichtung nach der Erfindung, Fig. 2 einen waagerechten Schnitt entlang der Linie 2-2 der Fig. 1, Fig. 3 einen senkrechten Querschnitt entlang der Linie 3-3 der Fig. 1, Fig. 4 ein Schema des hydraulischen Steuerkreises, Fig. 5 einen Teilschnitt einer Einzelheit.
• Die Gesamteinrichtung ist mit 10 beziffert. Das Ventilgehäuse ist mit 12 bezeichnet. Dieses weist zwei Durchgangsöffnungen 14 und 16 auf, welche in die Ventilkammer 18 einmünden.
• Das um die Achse 30 verdrehbare kugelförmige Verschlußteil 20 wirkt mit den ringförmigen Sitzen 22 und 24 zusammen. Diese sind auf den zueinander geneigten Flächen 26 und 28 konzentrisch zu den inneren Enden der Durchgangsöffnungen 14 und 16 angeordnet.
• Die Verdrehung des Verschlußteils 20 erfolgt durch die Welle 32. Diese ist in einem abschraubbaren Flanschteil 34 gelagert. Die Drehbewegung der Welle 32 wird über den Flachkant 38 und den Schlitz 36 »im Verschlußteil 20 auf dieses übertragen. Die Feder 40 drückt das Verschlußteil 20 gegen den unteren Teil der Sitze 22 und 24. Ihr oberes Widerlager ist der Bund 42. Die andere Seite des Bundes 42 wird gegen den Dichtring 44 gedrückt.
• Der Flanschteil 34 trägt ein Gehäuse 46 für den Antrieb, dessen Achse 50 die Drehachse 30 des Verschlußteils 20 schneidet.
• Das untere Ende der Welle 32 ist in einer Bohrung 52 des Flanschteiles 34 gelagert. Das obere Wellenende ist in der Büchse 54 gelagert, die in der oberen Wandung des Gehäuses 46 angebracht ist. Die Zylinderenden sind durch die abschraubbaren Deckel 56 und 58 verschlossen.
• Der Antrieb besteht aus den beiden einander gegenüberhegenden Kolben 64 mit den Druckräumen 60 und 62, die in dem Zylinder 48 angeordnet sind. Die beiden Kolben 64 sind genau gleich ausgeführt.
• Jeder Kolben 64 weist einen sich in Richtung zum Gegenkolben erstreckenden Fortsatz 66 auf, der auf der Zylinderfläche 48 gleitend geführt ist. Wie aus der Fig. 3 ersichtlich, hat der Fortsatz 66 den Querschnitt eines Kreisabschnittes, dessen Durchmesser dem Zylinderdurchmesser entspricht. Die Breite eines derartigen Kreisabschnittes ist kleiner als der Zylinderradius. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, beträgt sie etwa die Hälfte desselben.
• Die Kolben 64 sind derart im Zylinder angeordnet, daß sich ihre Fortsätze entgegengesetzt und diametral zu der dazwischenliegenden Antriebswelle 32 gegenüberliegen. Weiterhin sind die Fortsätze 66 in Längsrichtung derart dimensioniert, daß sie sich gegenseitig überlappen, wenn die Kolben 64 sich in ihrer äußeren Endlage befinden. Diese Endlage wird durch die Anschläge 68 und 70 in den Zylinderdeckeln 56, 58 bestimmt (Fig. 1 und 2). Die innere Endlage der Kolben ist dadurch festgelegt, daß die Fortsätze 66 wechselseitig an den Kolben 64 zur Anlage kommen.
• Die dem Fortsatz 66 des Gegenkolbens zugewandte Längsseite eines jeden Fortsatzes 66 ist zu einer Zahnstange 72 ausgebildet. Die Zahnstange verläuft parallel zur Zylinderachse 50. Ihre Länge ist etwas größer als der Kolbenhub.
• Die beiden Zahnstangen 72 kämmen auf einander gegenüberliegenden Seiten mit dem zwischen ihnen liegenden Ritzel 74. Dieses ist unverdrehbar auf der Welle 32 angeordnet.
• Die durch eingeleiteten Druck hervorgerufene Bewegung der Kolben 64, sei es in der einen oder in der anderen Richtung, bedingt eine Verdrehung des Ritzels 74 und somit der Welle 32. Die zusammenwirkenden Elemente, d. h. der Zylinder 48, die Zahnstangen 72 und das Ritzel 74 sind so dimensioniert, daß sie eine Verdrehung der Welle 32 und somit des Verschlußteils 20 um 90' hervorrufen, wenn die Kolben sich von der einen Endlage in die andere bewegen.
• Die radial nach außen gerichteten Reaktionskräfte des Ritzels 74 auf die Zahnstangen 72 werden auf die großflächige Lagerzone 76 der Fortsätze 66 an der inneren Zylinderwandung 48 verteilt.
• Zur wechselseitigen Beaufschlagung der inneren und äußeren Kolbenflächen wird dem Zylinder 48 das Druckmittel einmal über den Kanal 78, der zwischen den Kolben 64 in den Zylinder 48 mündet (Fig. 1 und 2) und das andere Mal über die Kanäle 80 in die Druckräume 60 und 62 zugeführt.
• Das Steuersystern besteht nach Fig. 4 aus einem Vierwegesteuerschieber 84, der durch eine elektromagnetische Spule 86 betätigt wird. Dazu gehören Zuleitungen 88 und 90 zu den Kanälen 78 bzw. 80. Der Steuerschieber 82 wird über die Leitung 92 mit dem Druckmittel versorgt. Außerdem ist er mit einer Abflußleitung 94 verbunden. Als Druckmittel kann Luft oder eine geeignete Flüssigkeit Verwendung finden.
• Wird der Steuerschieber 84 in eine Lage gebracht, in der das Druckmittel durch den Kanal 78 zwischen die Kolben 64 in den Zylinder 48 einströmt und die Kanäle 80 an den Drackräumen 60 und 62 mit dem Abfluß 94 verbunden sind, so werden die beiden Kolben 64 gleichzeitig in ihre äußere Endlage verschoben. Wird der Steuerschieber 84 in die andere Steuerstellung gebracht, so ist der Kanal 78 mit dem Abfluß 94 und die Kanäle 80 mit der Zuflußleitung 92 verbunden, so daß die Kolben 64 in ihre innere Endlage bewegt werden.
• Die Hin- und Herbewegung der Kolben 64 bewirkt eine Hin- und Herdrehung der Welle 32 zwischen Offen- und Schließstellung des Verschlußteils 20. Die Kräfte, die von den auf gegenüberliegenden Seiten des Ritzels 74 angeordneten Zahnstangen ausgeübt werden, sind einander parallel und dem Betrage nach gleich. Weiterhin steht die von der einen Zahnstange auf das Ritzel 74 ausgeübte Kraft mit der von der anderen Zahnstange auf das Ritzel ausgeübten Kraft im Gleichgewicht.
• Das Antriebsdrehmoment wird der Welle 32 also erteilt, ohne daß das Ritzel 74 oder die Welle 32 von Radialkräften belastet wird, die von den Wellenlagern aufgenommen werden müßten. Es ist weiterhin ersichtlich, daß weder die Welle 32 selbst noch eines der mit ihr zusammenwirkenden Elemente einem Biegemoment unterworfen ist.
• Das Fehlen von Biegemomenten oder Radialkräften, die auf die Welle 32 wirken und die von den Wellenlagern aufgenommen werden müßten, verhindert nicht nur Verschleiß an Welle und Lagern, sondern ermöglicht weiterhin eine wirksame Abdichtung der Welle. Die Welle 32 ist mit Hilfe der einfachen Dichtringe 96 und 98 abgedichtet. Diese Dichtringe und die Dichtung 44 sind keinem nennenswerten Verschleiß unterworfen.
• Das Verschlußteil 20 kann auch von Hand verstellt werden. Zu diesem Zwecke wird der Flachkant 100 an dem aus dem Lager 54 herausragenden Wellenende mittels eines geeigneten Schlüssels verdreht.
• Bei Druckausfall in dem Steuerkreis kann der automatische Rückhub entweder in die Schließ- oder in die Offenstellung, wie in Fig. 5 dargestellt, bewirkt werden. In Fig. 5 ist der Zylinderdeckel 56 durch den Zylinderdeckel 102 ersetzt worden. Letzterer weist ein sich in Längsrichtung erstreckendes Gehäuse 104 zur Aufnahme einer Schraubendruckfeder 106 auf. Vorteilhafterweise wird die gleiche Anordnung zur Druckausübung auf den Gegenkolben am entgegengesetzten Zylinderende noch einmal angebracht. Sofern die Kolben im Falle des Druckausfalles in der Steuerleitung auseinandergedrückt werden sollen, können Federn zwischen denselben angeordnet werden.

Claims (2)

13ATE NTANS PR ÜCH E: 1. Ventil oder ähnlicher tätiger Verschluß mit einem drehbaren Verschluß- oder Antriebsteil, dessen Antriebswelle od. dgl. über einen Zahntrieb mit Zahnstange und Ritzel von einem druckmittelbetätigten Stellglied aus verdrehbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Zahntrieb (72, 74) zwei beiderseits mit dem Ritzel (74) kämmende, zueinander parallel und gegenläufig verschiebbareZahnstangen (72) umfaßt, während das Stellglied durch zwei beiderseits des Ritzels (74) gleichachsig zueinander angeordnete, an ihren einander zugewandten Enden die Zahnstangen (72) tragenden Kolben (64) gebildet wird, die in einer entsprechenden Bohrung in dem den Zahntrieb (72, 74) aufnehmenden Gehäuse (46) geführt und unter dem Einfluß des dem Gehäuse (46) wahlweise zwischen den Kolben (64) oder außerhalb derselben zugeführten Druckmittels gegenläufig zueinander hin oder voneinander fort verschiebbar sind.

2. Ventil od. dgl. nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (32) des Verschlußteils (20) im Gehäuse (46) des Antriebs gelagert ist. 3. Ventil od. dgl. nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (46) des Antriebs an das Ventilgehäuse (12) angeflanscht ist. 4. Ventil od. dgl. nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (32) zur Abdichtung des Ventilgehäuses (12) und des Gehäuses (46) des Antriebs mit Dichtringen (44, 96, 98) ausgestattet ist. 5. Ventil od. dgl. nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnstangen (72) auf der Rückseite (66) einen kreisabschnittförmigen Querschnitt mit einem der Zylinderbohrung entsprechenden Radius aufweisen. 6. Ventil od. dü nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (32) aus dem Gehäuse (46) des Antriebs herausragt und an dem herausragenden Ende mit einem Flachkant (100) für die Bedienung von Hand versehen ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 627 182, 749 945, 896440-, deutsche Auslegeschrift Nr. ]- 005 334; französische Patentschriften Nr. 399 440, 1104 952, 1179 747; britische Patentschrift Nr. 155 553; USA.-Patentschriften Nr. 1406 013, 1517 728, 1958 262, 2 780 432.