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Verriegelungsvorrichtung Die Erfindung betrifft eine Verriegelungsvorrichtung
zum Verriegeln eines Betätigungsgliedes mit einem hülsenförmigen Halteglied.
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Bei Kupplungen, insbesondere bei hydraulischen Kupplungen, ist es
bekannt, eine Keilwelle mit jeweils einem koaxial zur Keilwelle angeordneten, drehbaren
Rad zu kuppeln. Zu diesem Zweck ist eine drehfest mit der Keilwelle verbundene,
auf dieser Welle verschiebbare Kupplungshülse vorgesehen, die in der einen Endstellung
mit dem einen Rad und in der anderen Endstellung mit dem anderen Rad gekuppelt ist.
Die Verriegelung geschieht in den beiden Endstellungen jeweils mit Hilfe einer Gruppe
von Kugeln, die in je einer zur Keilwelle radialen Ebene angeordnet sind. Diese
Kugeln greifen in der mittleren, beidseitig entkuppelten Stellung der Kupplungshülse
in Ausnehmungen der Kupplungshülse ein und können auf den Rippen der Keilwelle ablaufen.
Bei Verschieben in eine der Endstellungen bewegt sich jeweils eine Gruppe von Kugeln
nach einem bestimmten Weg in Ausnehmungen der Keilwelle radial nach innen und wird
dort durch die Kupplungshülse in dieser Lage gehalten, so daß die Kupplungshülse
in der entsprechenden Kupplungsstellung verriegelt ist.
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Ferner ist es bei einem Druckknopfschalter bekannt, den Druckknopf
in einer inneren und einer äußeren Lage zu verriegeln. Diese beiden axial hintereinanderliegenden
Lagen werden durch Eindrücken des Druckknopfes erreicht. Dabei wird ein Knopfstift
entlang einer Herzkurve geführt, so daß während der Relativbewegung eine gewisse
Hin- und Herdrehung des Druckknopfes durchgeführt wird, doch dient diese nur zur
Überleitung in die jeweilige Raststellung. Zum Lösen des Druckknopfes ist eine besondere
Hilfskurve vorgesehen, wobei noch besondere Betätigungen notwendig sind, um die
Teile voneinander freizubekommen.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, zwei Glieder durch eine
Relativbewegung in axialer Richtung nacheinander in Raststellung zu bewegen, die
in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt sind, wobei nach einer bestimmten Anzahl
von Schritten die Glieder voneinander lösbar sind. Diese Aufgabe wird bei Verriegelungsvorrichtungen
zum Verriegeln eines stangen- oder kolbenartigen Betätigungsgliedes mit einem hülsenförmigen
Halteglied mit Hilfe eines zwischen diesen beiden Gliedern angeordneten Mitnehmers,
der Verriegelungselemente zum lösbaren Verriegeln der beiden Glieder aufweist, wobei
der Mitnehmer eine relativ zu den beiden Gliedern verschiebbare und verdrehbare
Mitnahmehülse ist, die bei einer Axialbewegung des Betätigungsgliedes axial mitnehmbar
ist und sich bei jedem Auswärts- bzw. Einwärtshub des Betätigungsgliedes um jeweils
einen vorbestimmten Drehschritt weiterdreht, und wobei jeweils nach einer vorbestimmten
Zahl von Drehschritten die Verriegelungselemente in Lösestellungen gelangen, in
denen das Betätigungsglied entriegelt ist, gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß
die endlose Führungsnut für die Stifte mäanderförmig ausgebildet ist, so daß die
Drehschritte stets in derselben Drehrichtung erfolgen.
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Vorzugsweise sind die inneren und äußeren Glieder so miteinander verbunden,
daß während der Vorwärts- und Rückwärtsbewegungen der Stange das innere Glied eine
zyklische Drehbewegung in einer bestimmten Richtung durchführt.
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Es sei darauf hingewiesen, daß die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche
2 bis 8 nur im Zusammenhang mit dem Hauptanspruch als geschützt betrachtet werden.
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Eine geeignete Anwendung der Erfindung ist beispielsweise in Verbindung
mit der Aufhängung von Steuerstangen u. dgl. eines nuklearen Reaktors gegeben. Hier
ist es erforderlich, zeitweise die Steuerstange in die voll zurückgezogene Stellung
anzuheben oder die Stange ganz zu entfernen. Das Verriegeln und Freigeben der Reaktorsteuerstange
wird notwendigerweise
ferngesteuert, und es ist daher wichtig,
daß jede hierbei benutzte Verriegelungsvorrichtung keine Bestandteile, wie beispielsweise
Federn, verwendet, die in ihrer Wirkung versagen können. Bei einer geeigneten Form
einer Verriegelungsvorrichtung für eine solche Anwendung muß die Stange eine vorbestimmte
Zahl von Auf- und Abbewegungen relativ zur Vorrichtung ausführen, bevor sie entriegelt
wird und damit erneut in den Reaktor abgelassen werden kann.
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y Eine Verriegelungsvorrichtung gemäß der Erfindung ist besonders
geeignet zur Verwendung beim Verriegeln einer Reaktorsteuerstange, die zum Anheben
oder Ablassen an einem Hebezeugkabel aufgehängt ist. In den Zeichnungen ist im einzelnen
ein derartiges Anwendungsbeispiel dargestellt. Es zeigt F i g. 1 einen senkrechten
Schnitt durch eine Steuerstangenverriegelungsvorrichtung nach Linie 1-I der F i
g. 7, F i g. 2, 3, 4 und 5 senkrechte Teilschnitte, die schematisch andere Relativstellungen
zeigen, wie sie von der Steuerstange und den Verriegelungsvorrichtungsteilen während
des Arbeitens der Vorrichtung eingenommen werden, F i g. 6 eine Ansicht von unten
gemäß F i g. 1, F i g. 7 einen Schnitt nach Linie VII-VII der Fig. 1, F i g. 8 eine
Abwicklung des inneren Gliedes der Verriegelungsv orrichtung.
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Die in der Zeichnung dargestellte Steuerstangenverriegelungsvorrichtung
weist eine Verriegelungshülse E auf, die innerhalb eines stationären zylindrischen
Gehäuses A verschiebbar angeordnet ist, das seinerseits mit dem unteren Ende des
Steuerstangenhebezeugs verbunden ist. Die Hülse E und das Gehäuse A stellen die
relativ zueinander beweglichen, obenerwähnten inneren und äußeren Glieder dar. Die
Hülse E umgibt den zylindrischen, scheibenartigen Kopf P einer Reaktorsteuerstange,
der Hub-und Absenkbewegungen durchführen soll. Der Kopf P der Steuerstange hat einen
solchen Durchmesser, daß ein ziemliches Spiel zwischen seinem Umfang und der Bohrung
der Verriegelungshülse E vorhanden ist. Der Kopf P der Steuerstange kann durch geeignete,
nicht dargestellte Mittel mit dem Ende eines Kabels verbunden werden, das einen
Teil des Hebezeuges bildet.
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Die Hülse E hat eine Anzahl von Durchbrüchen G, die in oberen und
unteren Reihen angeordnet sind und in denen sich eine entsprechende Zahl von Kugeln,
nämlich eine Anzahl von oberen Kugeln H und eine ähnliche Zahl von unteren Kugeln
J, befinden. Diese Kugeln stellen die obenerwähnten Verriegelungselemente dar. An
einer Bewegung nach innen zu sind die Kugeln H und J beispielsweise dadurch gehindert,
daß die inneren Ausgänge der Durchbrüche G angestaucht sind.
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In dem dargestellten Beispiel sind sechs Kugeln gleicher Größe vorhanden,
und zwar sind drei Kugeln H senkrecht über drei Kugeln J angeordnet.
Der Durchmesser der einzelnen Kugeln H oder J ist in bezug auf die Stärke der Hülse
E derart, daß bei Wegfall eines freien Raumes an der Außenseite der Hülse E die
Kugeln H oder J durch das umgebende Gehäuse A in die Hülsenbohrung
um einen solchen Betrag hineingedrückt werden, daß der Durchgang des Kopfes P der
Stange durch die Hülse E blockiert ist. Der erforderliche freie Raum wird dadurch
vorgesehen, daß an der Bohrung des Gehäuses A entsprechende Ausnehmungen angebracht
sind, beispielsweise in Form von drei im gleichen Umfangsabstand angeordneten Ausnehmungen
C von gleicher Breite, die durch bogenförmige Stege B getrennt sind, deren Oberfläche
mit der Gehäusebohrung fluchtet.
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Die oberen und unteren Kugeln H bzw. J können einerseits
durch Berührung mit der ununterbrochenen Oberfläche des oberen Endes der Bohrung
des Gehäuses A oder mit einem der Stege B
radial nach innen bewegt
werden. Andererseits können die unteren Kugeln J sich radial nach außen bewegen,
oder sie werden so bewegt, wenn sie in Berührung mit Schrägflächen des Stangenkopfes
P kommen und eine Ausnehmung C an dieser Stelle ist. Wenn die Vorrichtung betätigt
wird, können die oberen Kugeln H so weit angehoben werden, bis sie auf der Höhe
einer kreisförmigen Ausnehmung M des Gehäuses A sind, die eine radiale Auswärtsbewegung
der Kugeln H gestattet, so daß nun die Stange über die Kugeln hinaus angehoben werden
kann. Normalerweise werden jedoch die Kugeln H in ihren nach innen vorstehenden
Stellungen gehalten, während die Kugeln J entweder in ihren nach innen vorstehenden
Stellungen beim Fluchten mit den Stegen B oder in ihren nach außen vorstehenden
Stellungen beim Fluchten mit den Ausnehmungen C sind.
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Die relativen Stellungen des Stangenkopfes P, der Hülse E und der
Kugeln J und H gehen deutlich aus den verschiedenen Figuren hervor. Dabei zeigen
der Einfachheit halber die F i g. 1 bis 5 die Hülsen E in einer in bezug auf die
Winkellage stationären Stellung, während das Gehäuse A relativ zur Hülse verdreht
wird. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß in Wirklichkeit das Gehäuse A stationär
ist und die Hülse sich relativ dazu dreht. Das Fluchten der Kugeln J mit
einem Steg B oder mit einer Ausnehmung C des Gehäuses A wird durch Verdrehen
der Hülse E im Gehäuse A bewirkt. Diese Drehung der Hülse E wird dadurch erreicht,
daß zwischen dem Gehäuse A und der Hülse E eine Stift-Schlitz-Verbindung in der
Weise besteht, daß bei Anheben oder Absenken der Hülse E durch den Stangenkopf P
(durch Berührung des Kopfes mit den nach innen vorstehenden Kugeln H, J)
die Hülse schrittweise innerhalb des Gehäuses A in einer Richtung gedreht wird.
Zu diesem Zweck sind eine einzige Zickzacknut F am äußeren Umfang der Hülse E und
drei im gleichen Umfangsabstand angeordnete Führungsstifte D 1, D 2, D 3
angebracht, die am stationären Gehäuse A befestigt sind und sich so nach innen erstrecken,
daß sie stets in die Nut F eingreifen. Diese Stifte und die Nut bilden die Stift-Schlitz-Verbindung
in dem dargestellten Beispiel.
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Am oberen Ende der Hülse E sind drei schwenkbare Sperrhebel T in gleichem
Abstand angeordnet, und ferner ist eine Ringnut S am oberen Ende des Gehäuses A
vorgesehen. Die Sperrhebel wirken dabei mit der Nut S so zusammen, daß die Hülse
E in angehobener Stellung (F i g. 4) gehalten wird.
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Es sei nun angenommen, daß die Steuerstange durch das Hebezeugkabel
in den Reaktor abgelassen wurde und daß es nun erforderlich ist, diese Stange anzuheben
und sie in der voll zurückgezogenen Stellung zu verriegeln. Es sei darauf hingewiesen,
daß zum vollständigen Entfernen die Steuer-
Stange über ihre voll
zurückgezogene Stellung gemäß F i g. 4 angehoben werden kann.
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Wenn die Steuerstange durch das Hebezeugkabel angehoben wird, so bewegt
sich der Stangenkopf innerhalb der Hülse E nach oben, die innerhalb des Gehäuses
A in ihrer untersten Stellung ist. Dabei geht sie frei an den unteren Kugeln J vorbei,
die sich durch ihr Fluchten mit den Ausnehmungen C frei radial nach außen bewegen
können, bis dann der Stangenkopf P auf die sich nach innen erstreckenden oberen
Kugeln H auftrifft, die sich nicht radial nach außen bewegen können (s. F i g. 1).
Ein weiteres Anheben der Steuerstange ergibt ein Anheben der Hülse E dem oberen
Ende des stationären Gehäuses A zu, und während dieser Hubbewegung wirken die Stifte
D 1, D 2, D 3 dieses Gehäuses mit den in ähnlicher Weise geneigten Teilstrecken
F 1 der Zickzacknut F zusammen, so daß der Hülse E eine Drehbewegung, und zwar in
diesem Beispiel von 30°, im Uhrzeigersinn erteilt wird. Das Ergebnis dieser schrittweisen
Drehung der Hülse E besteht darin, daß die Kugeln J aus den Ausnehmungen C heraus
und, wie in F i g. 2 angedeutet, auf die dazwischenliegenden Stege B zu bewegt werden.
Wenn dann die Steuerstange erneut abgesenkt wird, so fällt die Hülse E mit dieser
Stange nach unten. Diese Bewegung wird gegebenenfalls dadurch unterstützt, daß der
Stangenkopf in Berührung mit den nach innen vorstehenden Kugeln J kommt (F i g.
3), wobei die untere Stirnseite K der Hülse E schließlich an dem innere Unterbrechungen
aufweisenden Flansch L am unteren Ende des Gehäuses A zur Ruhe kommt. Während dieser
Umkehrbewegung, d. h. der Absenkbewegung der Hüse E, wirken die festen Stifte
D 1, D 2, D 3 mit anderen Teilstrecken F 2 der Nut F zusammen. Da jedoch
die Teilstrecken F 2 entgegengesetzt zu den Teilstrecken F 1 geneigt sind, so erfährt
die Hülse E ebenfalls im Uhrzeigersinn eine weitere Drehbewegung von beispielsweise
30°. In dieser Lage ist die Stange verriegelt, wobei die Kugeln J nach innen vorstehen.
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Wenn dann die Auf- und Abbewegung des Steuerkopfes P wiederholt wird,
wodurch jeweils die Hülse E um zwei weitere Schritte von 30° im Uhrzeigersinn gedreht
wird, so ergibt sich eine gesamte Winkeldrehung der Hülse E um 120°, und die Einzelteile
sind dann wieder in den in F i g. 1 dargestellten Stellungen. Nunmehr kann die Steuerstange
ganz durch die Hülse E hindurch abgelassen werden.
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Aus vorstehendem ergibt sich, daß die Hülse E bei jeweils sechs Auf-
und Abbewegungen der Steuerstange eine vollständige Drehung um ihre Längsachse vollführt
und daß während jeder Drehung drei Arbeitsspiele durchgeführt werden.
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Die Stifte D 1, D 2 und D 3 sind in F i g. 8 in den
gleichen Stellungen wie in F i g. 1 dargestellt, und zusätzlich ist noch der Stift
D 1 in Stellungen angedeutet, die er in den verschiedenen Bewegungsphasen in der
Nut F einnimmt, wie sie in den F i g. 1, 2, 3 und 4 dargestellt sind. Diese Stellungen
sind mit D 1-1, D 1-2, D 1-3 bzw. D 1-4 bezeichnet. Der Stift
D 1 nimmt die Stellung D 2 ein, wenn eine vollständige Verriegelung
und Entriegelung durchgeführt ist. Aus F i g. 8 geht hervor, daß die einzelnen in
ähnlicher Weise geneigten Teilstrecken F 1 die zugehörigen entgegengesetzten Teilstrecken
F2 an einem Gipfelpunkt X treffen, der gegenüber einer Abzweignut Y in Vorwärtsrichtung
versetzt ist. Diese Abzweignut dient zur aufeinanderfolgenden Unterbringung der
Stifte D 1, D 2, D 3 in der Weise, daß beim Absenken der Hülse E die Stifte
mit Sicherheit in die Nutenteilstrecken F 2 hineingeführt werden, wobei eine umgekehrte
Anordnung zwischen den Teilstrecken F 2 und F 3 vorhanden ist.
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Wenn die Steuerstange aus irgendeinem Grund vollständig entfernt werden
soll, wird sie bis oberhalb der normalen, voll zurückgezogenen Stellung angehoben.
Dabei wird auch die Hülse E angehoben, und die oberen Kugeln H befinden sich dann
gegenüber der ringförmigen Ausnehmung M. Nunmehr können sich diese Kugeln radial
nach auswärts bewegen, so daß die Steuerstange durch die Hülse E hindurch nach oben
herausgezogen werden kann (s. F i g. 4).
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Wenn die Hülse E angehoben wird, so liegen die Sperrhebel T gegen
die Nut S an, um die Hülse in angehobener Stellung zu halten, was zum Entfernen
und Auswechseln der Steuerstange zweckmäßig ist. Wenn die Steuerstange ausgewechselt
ist, so trifft der sich abwärts bewegende Stangenkopf auf die Enden U der Sperrhebel,
so daß die Sperrhebel von der Nut S freikommen (s. F i g. 5), worauf sich die Hülse
E dann nach dem Vorbeigehen des Stangenkopfes P an den Kugeln H in die Stellung
gemäß F i g. 1 abwärts bewegen kann.
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Es sei darauf hingewiesen, daß die Stange nach oben aus der Vorrichtung
entfernt oder in die Vorrichtung wieder eingesetzt werden kann, wenn die Hülse E
die Lage nach F i g. 4 oder 2 einnimmt. Falls es erforderlich ist, das Entfernen
und Einsetzen der Stange auf nur eine dieser Stellungen zu beschränken, so können
beispielsweise lediglich drei senkrechte Schlitze statt einer Ringnut M vorgesehen
werden.
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Die Vorrichtung ist nicht auf die Verwendung mit senkrecht hin- und
hergehenden Stangen eines nuklearen Reaktors beschränkt, sondern kann auch bei horizontal
hin- und hergehenden Stangen benutzt werden. Im letzteren Fall können die Sperrhebel
T an beiden Enden der Vorrichtung angeordnet und mit selbsttätigen Mitteln versehen
sein, um die Oberteile der Sperrhebel nach auswärts zu drücken.
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Die Vorrichtung kann auch zum Verriegeln von Gegenständen verwendet
werden, die keine stangenförmige Gestalt haben, jedoch ein längliches Glied aufweisen,
das die Form eines an dem Gegenstand befestigten Kabels oder Seiles haben kann.