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Vorrichtung zum Ausüben einer Druckkraft Die Erfindung betrifft eine
Vorrichtung zum Ausüben einer Druckkraft mit einer in axialer Richtung beweglichen,
aber gegen Verdrehen gesicherten Schraubenspindel, die mit einer auf ihr aufgeschraubten
Mutter zusammenwirkt, die mittels eines ringförmigen Getrieberades drehbar ist,
das über einen Keil mit der Mutter verbunden ist, so daß sie in axialer Richtung
gegenüber dem Getrieberad bewegbar ist, das mit einem entsprechenden Antriebsrad
zusammenwirkt. Eine solche Vorrichtung eignet sich insbesondere für Schieberventile
zum Steuern von Flüssigkeiten, aber auch für andere Einrichtungen, bei denen ein
Druck ausgeübt werden muß, beispielsweise für Hubwinden.
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Es sind bereits Wendegetriebe bekannt, bei denen auf einer längsverschiebbar
gelagerten Gewindespindel eine frei drehbare, aber nicht längsverschiebbare Mutter
angeordnet ist und außerdem Mittel vorgesehen sind, welche die Verdrehung der Spindel
verhindern. Indem entweder die Spindelmutter mit einer ständig umlaufenden Scheibe
gekuppelt und die Spindel gegen Verdrehung gesichert wird oder die Mittel zum Festhalten
der Spindel mit der Scheibe gekuppelt werden, wobei die Spindelmutter sich frei
drehen kann, kann man von der ständig in einer Richtung umlaufenden Scheibe eine
Verschiebung der Spindel in der einen oder anderen Richtung erreichen.
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Ferner ist es bei Abschlußorganen bekannt, zum Betätigen eines Schraubentriebes
eine hydrostatische Einheit zu verwenden, die z. B. koaxial zu den betätigenden
Elementen angeordnet ist. Bekannt ist schließlich eine Antriebsvorrichtung zum Betätigen
eines Absperrorgans, bei dem die mit dem Absperrorgan verbundene Spindel über ein
Zahnradgetriebe mittels eines Druckluftmotors angetrieben wird. Bei dieser bekannten
Anordnung sind außerdem Anpreßorgane in Form von druckluftbetätigten Kolben vorgesehen,
die gegen zu bewegende Teile gepreßt werden und somit eine Druckkraft auf diese
ausüben.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Ausüben einer Druckkraft
zu schaffen, die hydraulisch antreibbar ist und mit der vorübergehende Widerstände,
die dem beweglichen Teil der Vorrichtung entgegenwirken, selbsttätig überwindbar
sind. Das wird gemäß der Erfindung durch eine hydraulische Pumpenkupplung erreicht,
mit deren Druckmittel das Antriebsrad bei einem zum Drehen der Mutter hinreichend
niedrigen Drehmoment betätigbar ist, und mindestens einen an einer der Stirnseiten
der Mutter angeordneten Flüssigkeitsmotor, der von der Pumpenkupplung über ein Steuerventil
mit Druckflüssigkeit versorgbar ist, wenn das zum Drehen der Mutter in einer Richtung
erforderliche Drehmoment einen vorbestimmten Wert übersteigt, wobei der Flüssigkeitsmotor
einen bewegbaren Kolben hat, mit dem mittels der Druckflüssigkeit die axiale Druckkraft
auf die Mutter ausübbar und damit die axiale Bewegung der Spindel in einer Richtung
erzeugbar ist.
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Dadurch wird der technische Fortschritt erreicht, daß die nicht verdrehbare
Schraubenspindel in äußerst einfacher und verläßlicher Weise in axialer Richtung
bewegt werden kann, wenn das zur Verdrehung der Mutter erforderliche Drehmoment
einen vorbestimmten Wert überschreitet.
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Die Bewegbarkeit des beweglichen Teils der Vorrichtung in beiden Richtungen
wird zweckmäßig durch einen zweiten Flüssigkeitsmotor erreicht, der an der anderen
Stirnseite der Mutter angeordnet ist und von der Pumpenkupplung über ein zweites
Steuerventil mit Druckflüssigkeit versorgbarist, wenn das zum Drehen der Mutter
in der entgegengesetzten Richtung erforderliche Drehmoment einen vorbestimmten Wert
überschreitet, wobei der zweite Flüssigkeitsmotor einen bewegbaren Kolben hat, mit
dem mittels der Druckflüssigkeit die axiale Druckkraft auf die Mutter ausübbar und
damit die axiale Bewegung der Spindel in umgekehrter Richtung erzeugbar ist.
Bei
der praktischen Ausführung ist mindestens ein zusätzliches Steuerventil vorgesehen,
das mit dem bzw. den Steuerventilen zusammenwirkt, so daß der bzw. die Flüssigkeitsmotoren
zum Verringern des zum Drehen der Mutter erforderlichen Drehmomentes in der einen
oder anderen Richtung wiederholt betätigbar sind.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung gemäß
der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt Fig. 1 eine Seitenansicht eines Schieberventils
zum Steuern von Flüssigkeit, das mit der Vorrichtung zum Ausüben einer Druckkraft
ausgerüstet ist, Fig.2 einen teilweisen Längsschnitt in vergrößertem Maßstabe durch
diese Vorrichtung und Fig.3 einen teilweisen Längsschnitt durch eine Pumpenkupplung,
die zur Verwendung mit der in Fig. 2 gezeigten Vorrichtung geeignet ist.
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Ein Schieberventil 10, an dem eine Vorrichtung zum Ausüben
einer Druckkraft angebracht ist, ist mit Flanschen 11 versehen, über die es in eine
Rohrleitung eingebaut werden kann. Der nicht dargestellte Schieber ist mit der Spindel
12 verbunden. Die Vorrichtung 13 zum Ausüben der Druckkraft kann die Spindel und
den mit ihr verbundenen Schieber aufwärts und abwärts bewegen.
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Die Spindel 12 ist in eine Mutter 14 eingeschraubt, die von einem
Schneckenrad 15 umgeben ist (Fig. 2). Die Mutter 14 und das Schneckenrad 15 sind
durch Paßfedern 16 miteinander verbunden, und zwar so, daß die Mutter gegenüber
dem Schneckenrad in axialer Richtung bewegt werden kann, jedoch gegen ein Verdrehen
ihm gegenüber gesichert ist. Die Mutter und das Schneckenrad sind von einem Gehäuse
17 umgeben.
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Mit dem Schneckenrad steht eine Schnecke 18 im Eingriff, die auf der
Abtriebwelle 19 einer hydraulischen Pumpenkupplung 20 angebracht ist. Die hydraulische
Pumpenkupplung weist eine Antriebswelle 21 auf, die durch einen Elektromotor oder
mittels eines Handrades oder durch ein sonstiges Antriebsmittel angetrieben werden
kann, und zwar ist die Anordnung in der Weise durchgeführt, daß die unter Druck
gesetzte Flüssigkeit, die von der Pumpenkupplung geliefert wird, das Umlaufen der
Abtriebweile 19 bewirken kann, falls der Drehwiderstand der Mutter 14 hinreichend
gering ist. Somit wird bei einem Höchstwert des Austrittsdruckes und bei der Austrittsmenge
Null ein mechanisches Drehmoment auf die Abtriebswelle ausgeübt. Andererseits wird
die Austrittsmenge einen Höchstwert erreichen, falls der Austrittsdruck und das
mechanische Drehmoment gleich Null sind. Schließlich kann die Pumpenkupplung auch
zwischen diesen beiden Grenzen betrieben werden, so daß sie eine mittlere Menge
Druckflüssigkeit liefert und gleichzeitig ein mittleres mechanisches Drehmoment
auf die Abtriebwelle überträgt.
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Außerdem ist die Vorrichtung mit zwei hydraulisch betätigten Vorrichtungen
in Form zweier Ringkolben 22 versehen, von denen je einer an einer Stirnfläche der
Mutter 14 angeordnet ist. Jeder der Ringkolben 22 ist in einer Kammer 23 angordnet,
die von der hydraulischen Pumpenkupplung 20 mit Druckflüssigkeit beschickt werden
kann.
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Mit jedem der Ringkolben 22 steht ein Ventilblock in Verbindung, der
zwei Ventile enthält. Eines der Ventile, das Steuerventil 24, ist mittels einer
Leitung 25 an die hydraulische Pumpenkupplung 20 angeschlossen und durch einen Kanal
26 mit der benachbarten Kammer 23, die einen der beiden Ringkolben enthält,
und außerdem durch den Kanal 27 mit einem Flüssigkeitsbehälter verbunden. Das Steuerventil
24 ist von einer Feder 28 belastet, so daß bei der Anfangsstellung die Kammer23
über das Steuerventil 24 mit dem nicht dargestellten Flüssigkeitsbehälter verbunden
ist. Dadurch wird gewährleistet, daß keine Kraft durch den Ringkolben 22 in die
Kammer übertragen wird. Eine Steigerung des hydraulischen Druckes, die durch weiter
unten beschriebene Umstände hervorgerufen wird, bewirkt, daß eines der Steuerventile
24 betätigt wird, so daß die mit ihm verbundene Kammer 23 an die unter hohem Druck
stehende Flüssigkeit angeschlossen ist, wodurch der darin befindliche Ringkolben
22 bewegt wird und einen axialen Druck auf eine Stirnfläche der Mutter 14 ausübt.
Das andere der beiden Ventile in den Ventilblöcken, das Rückschlagventil 29, ist
von einer Feder 30 belastet, so daß sein eines Ende an der Seite des mit ihm in
Verbindung stehenden Ringkolbens 22 anliegt, die von der Mutter abgewandt ist, so
daß beim Verschieben des Kolbens 22 das Rückschlagventil29 ebenso verschoben wird.
Jedes der beiden Rückschlagventile wirkt mit dem mit ihm verbundenen Steuerventil
24 zusammen, so daß bei einer vorherbestimmten Stellung bei der Bewegung des ersteren
Flüssigkeit unter hohem Druck über die Ausnehmung 9 und den Kanal 31 auf das Steuerventil
24 einwirkt und dieses in seine Ursprungslage zurückführt.
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Beim Betrieb ist die aus der Pumpenkupplung austretende Druckflüssigkeit
bestrebt, die Schnecke 18 und damit das Schneckenrad 15 und die Mutter 14 zu drehen,
wodurch sich eine axiale Verschiebung der Spindel 12 ergibt. Wenn der mit der Spindel
verbundene Ventilschieber ungehindert bewegt werden kann, wird auch die Mutter durch
das Schneckenrad ungehindert bewegt und der Ventilschieber verstellt werden. Wenn
hingegen der Schieber der Bewegung einen Widerstand entgegensetzt, wird der von
der Pumpenkupplung erzeugte hydrauliche Druck ansteigen, wodurch eines der beiden
Steuerventile 24 in Tätigkeit tritt, indem es über die Leitung 25 von Flüssigkeit
beaufschlagt wird, so daß unter hohem Druck stehende Flüssigkeit in eine der Kammern
23 gelangt und den entsprechenden Ringkolben 22 verschiebt. Dieser Kolben 22 übt
dann auf eine Seite der Mutter 14 einen axialen Druck aus, wodurch die Mutter gemeinsam
mit der Spindel 12 in axialer Richtung verschoben werden, ohne sich gegeneinander
zu verdrehen. Wenn der Schieber nun genügend freikommt, wird das Schneckenrad von
der Schnecke gedreht werden und so die Mutter drehen, wodurch ein entsprechendes
Verschieben der Spindel hervorgerufen wird. Gleichzeitig hört der Druck auf das
Steuerventil 24 auf, so daß dieses Ventil wieder in seine Ausgangsstellung zurückkehrt,
in der die mit ihm verbundene Kammer 23 mit dem Flüssigkeitsbehälter in Verbindung
steht. Dadurch wird der Ringkolben 22 durch die Mutter 14 ebenfalls in seine Ausgangsstellung
zurückgeschoben, in der er sich befand, bevor er die Spindel 12 gemeinsam mit der
Mutter verschoben hatte.
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Wenn andererseits die erste Bewegung des Ringkolbens 22 nicht ausreicht,
um den Schieber so weit freizubekommen, daß die Mutter 14 gedreht werden
kann,
folgt das Rückschlagventil29 der Bewegung des Kolbens 22 und wird am Ende des Hubes
des Kolbens das Ende des Steuerventils 24 mit Druckflüssigkeit beaufschlagen, wodurch
das Steuerventil in seine Ursprungsstellung zurückgeschoben wird. Dadurch wird die
Kammer 23 mit dem Flüssigkeitsbehälter verbunden, so daß die Mutter 14 nunmehr in
axialer Richtung an der Spindel verschoben werden kann, wodurch der Kolben 22 in
seine Anfangsstellung bewegt wird. Die Aufeinanderfolge der Vorgänge wird dann wiederholt,
so daß die Steigerung des hydraulischen Druckes zum Betätigen des Steuerventils
24 und zu einem weiteren Hub des Ringkolbens 22 führt, wodurch die Mutter und die
Spindel wiederum gemeinsam verschoben werden. Diese Arbeitsgänge werden wiederholt,
bis der Schieber so weit freigekommen ist, daß die Mutter sich drehen kann, oder
bis der Schieber eine seiner Endstellungen erreicht.
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Die vorstehend beschriebenen Arbeitsgänge bezogen sich auf die Bewegung
der Spindel in der einen axialen Richtung, und die Bewegung in umgekehrter Richtung
wird dadurch erzielt, daß der Umlauf der hydraulischen Pumpenkupplung 20 umgekehrt
wird, wobei die Anordnung so eingerichtet ist, daß die Druckflüssigkeit in den anderen
Ventilblock geleitet wird, falls die Mutter 14 sich nicht dreht.
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Bei der dargestellten Ausführung ist die hydraulische Pumpenkupplung
20 mit einem Ventil 32 verbunden, in dem ein federbelasteter Ventilkörper 33 vorgesehen
ist, der dazu dient, einen zum Flüssigkeitsbehälter führenden Kanal 34 mit dem Ansaugende
der Pumpenkupplung zu verbinden, während die von der Pumpenkupplung gelieferte Druckflüssigkeit
zu einem der beiden Ventilblöcke in der vorher beschriebenen Weise geleitet wird,
falls das zum Drehen der Mutter erforderliche Drehmoment einen vorherbestimmten
Wert überschreitet. Sicherheitsvorrichtungen in Form von durch Druck betätigten
Ausschaltern 35 sind ebenfalls vorgesehen, so daß in dem Falle, daß der Druck auf
einen unverhältnismäßig hohen Wert ansteigt, wie beispielsweise wenn der Schieber
eine seiner Endstellungen erreicht, einer der Schalter betätigt wird und die Pumpe
ausschaltet.
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Außerdem kann an Stelle des vorstehend beschriebenen Schneckentriebes
ein Zahnradritzel auf die Abtriebwelle der Pumpe gesetzt werden, daß mit einem Zahnkranz
im Eingriff steht, der axial verschiebbar an der Mutter angebracht ist.
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Diese Vorrichtung zum Ausüben einer Druckkraft ist zum Betätigen eines
Schieberventils ausgebildet worden, und bei einer derartigen Verwendung ist es vorteilhaft,
daß die Anfangskraft, die zum Bewegen des Schiebers erforderlich ist, erheblich
größer als diejenige Kraft sein kann, die erforderlich ist, nachdem der Schieber
einmal geöffnet oder einmal in Bewegung gesetzt worden ist. Die Vorrichtung gemäß
der Erfindung bietet die Möglichkeit, eine derartige erhöhte Kraft am Anfang der
Bewegung auszuüben, während die Weiterbewegung durch den Schneckentrieb oder einen
anderen Zahnradtrieb in der vorherbeschriebenen Weise fortgesetzt werden kann.