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Elektromotorischer Antrieb für Ventile oder Schieber Die Erfindung
betrifft einen elektromotorischen Antrieb für Ventile oder Schieber mit sowohl vom
Drehmoment als auch von den Endlagen abhängigen Schaltern.
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Es ist bereits eine Stellvorrichtung dieser Art mit einem elektromotorischen
Antrieb bekannt, der aus zwei in entgegengesetztem Drehsinn auf einer Welle direkt
gekoppelten Elektromotoren besteht, von. denen der eine als Antriebsmotor und der
andere als Bremsmotor zur stufenlosen Regelung der Stehgeschwindigkeit arbeitet.
Diese bekannte Vorrichtung ist hinsichtlich der Schalter einseitig, weil zwei verschiedene
Auslösemittel des einen Schalters unabhängig voneinander arbeiten.
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Ein weiterer bekannter Stellantrieb ist zwar gleichfalls sowohl vom
Drehmoment als auch von den Endlagen abhängig betätigbar, jedoch ist auch diese
Einrichtung verhältnismäßig aufwendig.
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Außerdem ist die Möglichkeit, diesen bekannten Ventilantrieb für den
Fall, daß nur die Endlagenabschaltung gewünscht wird, mit weniger Teilen und somit
geringerem Aufwand zu verwenden, nicht gegeben.
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Die Erfindung hat sich .die Aufgabe gestellt, die bekannten Ausführungen
so zu verbessern, daß sie billiger mit einfachen Teilen und raumsparend ausgeführt
werden können, womit gleichzeitig auch der Vorteil der größeren Vielseitigkeit erzielt
werden soll.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem -elektromotorischen Antrieb
der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß vorgesehen, daß die bei Überschreiten
eines bestimmten Drehmomentes an der Ventilspindel eine Schaltbewegung des Drehmomentsehalters
auslösende mechanische Vorrichtung und die die Endschalter auslösende mechanische
Vorrichtung miteinander in der Weise kuppelliar sind, daß beide Vorrichtungen wahlweise
zusätzlich die der anderen Vorrichtung zugeordneten Schalter betätigen. Hiermit
wird auf sehr einfache Weise eine raumsparende Zusammenfassung der verschiedenen,
die elektrischen Schalter betätigenden mechanischen Teile ermöglicht, wobei die
Einrichtung wahlweise auch zur Auslösung der Endschalter verwendet werden kann da
selbstverständlich das im Antrieb auftretende Drehmoment am Ende der Versteilbewegung
plötzlich ansteigt. Bei verschiedenen Ventilarten genügt eine solche, vorn Drehmoment
abhängige Abschaltung völlig.
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Andererseits treten aber auch Fälle auf, bei denen ohne Berücksichtigung
des Drehmomentes an bestimmten Endstellungen die Abschaltung erfolgen soll. Die
Erfindung ermöglicht die Abnahme der erforderlichen Schaltimpulse mit der gleichen
Einrichtung, und zwar unter Verwendung einer geringeren Anzahl von Teilen lediglich
von der sich finit der Ventilspindel drehenden Nebenwelle. Die einen in Axialrichtung
der Mutterwelle wirkenden Impuls gebende Vorrichtung kann somit entfallen.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Im folgenden ist ein Ausfiihrungsbeispiel unter Hinweis auf die Zeichnungen
beschrieben. In diesen. zeigt F i g.1 .eine Seitenansicht des vollständigen Antriebs
unter Weglassung einzelner Teile, Fi g. 2 einen Längsschnitt durch den Antrieb nach
F i g. 1, F i g. 3 eine Stirnansicht des Antriebs nach F i g. 2, F i g. 4 eine der
F i g. 3 ähnliche Stirnansicht in einer anderen Stellung, F i g. 5 einen Schnitt
nach der Linie A-,8 in. F i g. 2.
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In F i g. 1 ist 10 das Gehäuse des Antriebs. Im Gehäuse 10
ist die Motorwelle 11 gelagert, auf der eine Schnecke 12 befestigt ist, die in ein
Schneckenrad eingreift, welches an der Ventilspindel 14 schematisch dargestellt
und mit 13 bezeichnet ist. Die Ventilspindel 14 weist eine Schnecke 15 .auf, die
mit einem Schneckenrad 16 kämmt, das sich auf einer zweiten Welle 17 befindet, die
sich durch eins Trennwand 18 des Gehäuses 19 in ein Schaltgehäuse
19
erstreckt. Das Schaltgehäuse 19 enthält eine Schaltvorrichtung 20, die durch
eine mit der Motorwelle 11 lose gekuppelte kurze Schaltwelle 21 betätigt
werden kann. Die Schaltvorrichtung 20 spricht in der nachstehend erläuterten Weise
über die kurze Schaltwelle 21 auf die Axialbewegungen der Motorwelle 11 an, und
auch über die zweite Welle 17 auf die Drehbewegung der Ventilspindel 14, wobei Drehmomentschalter
und/oder Grenzschalter betätigt werden, die in den elektrischen Stromkreisen des
Elektromotors des Ventilantriebes eingeschaltet sind.
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Die zweite Welle 17 dreht sich entsprechend der Ventilspindel. Diese
Bewegung wird normalerweise zur Betätigung der Endschalter in der Schaltvorrichtung
20 verwendet, so daß der Motor abgeschaltet wird, wenn sich das Ventil in
ganz geöffneter oder ganz geschlossener Stellung befindet. Insbesondere aus den
F i g. 1 und 2 ist ersichtlich, daß die zweite Welle 17 in einem Lager
22 drehbar gelagert ist, das einen Teil der die Schaltvorrichtung 20 tragenden
Platte 23 bildet. Die Welle 17 besitzt nach F i g. 2 eine Verlängerung 24, die sich
in das Schaltgehäuse 19 erstreckt und mit einer darauf konzentrisch befestigten
Hülse 25 versehen ist. Die Hülse 25 weist außen ein Gewinde 26 auf und ist mit einem
Bund 27 ausgestattet, in dem sich ein sich in axialer Richtung erstreckender
Zapfen 28 befindet. Auf der Hülse 25 ist mit Gewindeeingriff eine Mutter 29 angeordnet,
in welcher sich ein Zapfen 30 befindet, der in axialer Richtung beiderseits der
Mutter 29 vorsteht. Die Hülse 25 ist weiter mit einer zweiten Mutter
31 ausgestattet, die ebenfalls einen sich in axialer Richtung erstreckenden Zapfen
32 aufweist. Normalerweise wird die Mutter 31 in einer bestimmten Lage auf der Hülse
25 gehalten und mit dieser gedreht. Die Mutter 31 ist in ihrer Lage durch eine Mutter
33 gehalten.
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Die Hülse 25 paßt eng auf die Verlängerung 24 der Welle 17 und dreht
sich mit dieser Verlängerung durch die Reibung mit. Wenn jedoch die bestimmten Grenzen
zur Betätigung der Grenzschalter erreicht sind, dreht sich die Verlängerung 24 wegen
ihrer Reibverbindung mit der Hülse 25 relativ zu dieser. Der Reibantrieb wird dadurch
erhalten, daß der Bund 27 der Hülse 25 gegen eine Federscheibe 34 gespannt wird,
wobei der Spanndruck durch den Kopf eines Bolzens 35 erreicht wird, der in das äußere
Ende der Verlängerung 24 der Welle 17 eingeschraubt ist. Die Längen sind dabei so
bemessen, daß es nicht möglich ist, die Federscheibe 34 ganz zusammenzudrücken.
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Die auf der Hülse 25 befestigte bewegliche Mutter 29 wird normalerweise
daran gehindert, sich mit der Hülse 25 mitzudrehen. Gemäß F i g. 3 erstreckt sich
parallel zur Hülse 25, jedoch mit Abstand ein Drahtbügel 36, der in eine in den
Umfang der Mutter 29 eingeschnittene Vertiefung 37 eingreift. Der Drahtbügel
36 ist im wesentlichen U-förmig ausgebildet und seine Enden 38 und 39 sind
zu Haken geformt, die auf der Verlängerung 24 der Welle 17 angebracht und befestigt
sind. Normalerweise bleibt die Mutter 29 in der in F i g. 3 dargestellten Winkelstellung.
Für den Fall jedoch, daß sie in der nachstehend beschriebenen Weise eine Winkelbewegung
ausführt, wird die Mutter mittels einer Schraubfeder 40 in ihre normale Lage zurückgebracht,
die an einem auf der Platte 23 befindlichen Zapfen 41 befestigt ist. In F i g. 5
hat die Mutter 29 eine Winkel-Bewegung ausgeführt, und es sind hier die Teile in
der Lage dargestellt, die sie einnehmen, bevor die Mutter durch die Wirkung der
Feder 40 zurückgeführt wird.
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Wenn sich die Ventilspindel 14 in der einen oder anderen Richtung
zum öffnen oder zum Schließen des damit verbundenen Ventils dreht, wird bewirkt,
daß sich die bewegliche Mutter 29 auf der Hülse 25 in entsprechender Richtung bewegt.
Fallweise kommt der von der Mutter 29 vorstehende Zapfen 30 mit dem Zapfen 28 auf
dem Bund 27 mit dem Zapfen 32 auf der Mutter 31 zum Eingriff, und zwar abhängig
von seiner Bewegungsrichtung. Wenn dies eintrifft, dann wird die entlanglaufende
Mutter 29 gezwungen, sich gegen die Wirkung der Feder 40 mitzudrehen, wobei diese
Drehbewegung der Mutter 29 zur Betätigung der Endschalter verwendet wird.
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Die Mutter 31 und deren Gegenmutter 33 sind zur Änderung der von der
Hülse 25 durchgeführten Anzahl von Umdrehungen einstellbar.
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Die Mutter 29 ist mit einer Ausnehmung 42 versehen,
die normalerweise die Kante einer sich in axialer Richtung erstreckenden Schalterplatte
43 aufnimmt. Diese ist an ihrem rückwärtigen Ende an der Schaltwelle
21 befestigt, die in loser Verbindung mit der Motorwelle 11 steht. Die Schalterplatte
enthält einen unteren Abschnitt 44, dessen Unterkante in den Ausschnitt 42 eingreift
und einen oberen Abschnitt 45, der irgendeine gewünschte Anzahl von Schaltern betätigt,
die Teile von zusätzlichen Stromkreisen bilden. In den Zeichnungen sind zwei Paare
derartiger Schalter dargestellt. Die Schalter werden als Endschalter bezeichnet,
können aber auch für andere Zwecke eingesetzt werden, beispielsweise für eine Anzeige
oder für andere Steuereinrichtungen. Die Endschalter sind mit den Bezugszeichen
46 und 47 bezeichnet, wobei die offenen Endschalter durch den Index a und die geschlossenen
Endschalter durch den Index b gekennzeichnet werden. Die Schalter sind auf Stangen
48 befestigt, die von der Platte 23 vorstehen und eine U-förmige Frontplatte
49 tragen, die daran mittels Muttern 50 befestigt ist. Die Stangen
48 tragen weiter zwei Drehmomentschalter 51. Der vordere Teil der Schalterplatte
43 wird von einem mit der Frontplatte 49 verbundenen Lager 52 drehbar gehalten.
Der untere Abschnitt 44
der Schalterplatte 43 besitzt eine Verlängerung 53
(F i g. 1), die in mechanischer Verbindung mit einer Einrichtung steht, die im allgemeinen
mit dem Bezugszeichen 54 bezeichnet ist und mit einem Zeiger 55 in Verbindung
steht, der auch außerhalb des Gehäuses die Grenzstellung des Ventils sichtbar macht.
Der Zeiger bewegt sich über einem Zifferblatt 56 im Ende des Schaltgehäuses 19,
das eine Glasscheibe 57 od. dgl. trägt.
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Die Axialbewegung einer kurzen, in dem vorderen Lager 52 gehalterten,
axial verschiebbaren Welle 58 wird normalerweise zur Betätigung der Drehmomentschalter
51 verwendet, die gleichfalls wie die Grenzschalter jeweils an beiden Seiten der
Schalterplatte 43 montiert sind (F i g. 3). Die Welle 58 ist mit der Schaltwelle
21 lose gekuppelt, so daß eine von einem zunehmenden Drehmoment herrührende Bewegung
der Motorwelle 11 die Welle 58 in axialer Richtung bewegt. Diese Bewegung wird auf
die Welle 58 nur in der Richtung nach außen übertragen. In der anderen Bewegungsrichtung
der Motorwelle folgt die Welle 58 der Axialbewegung der
Welle 21
unter dem Einfluß einer starken Druckfeder 59, die sich mit einem Ende gegen das
Lager 52 und mit dem anderen Ende gegen eine Scheibe 80 abstützt, welche durch einen
in der Welle 58 befestigten Zapfen gehalten wird.
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Die Welle 58 besitzt einen schraubenförmig verdrillten Abschnitt 60,
der durch eine an der Vorderseite der U-förmigen Frontplatte 49 ausgebildete Mutter
61 geht. Diese wird daher zu einer Drehbewegung gezwungen, wenn sich die Welle 58
in Axialrichtung bewegt, wobei die Drehbewegung auf einen Schalterhebel
62 übertragen wird, der an dem von der Frontplatte 49 vorstehenden Lager
52 drehbar befestigt ist.
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Aus den F i g. 3 und 4 ist ersichtlich, daß das vordere Ende des schraubenförmig
verdrillten Abschnittes 60 der Welle 58 einen gebogenen, daran befestigten Hebel
aufweist. Dieser Hebel 63 ist lose auf einem Zapfen 64 befestigt und mit
dem Ende der Welle 58 mittels einer Feder 65 im Eingriff gehalten. Das äußere Ende
des Hebels 63 kann auf die eine oder andere von zwei einstellbaren Schrauben 66
aufschlagen, welche in Verlängerungen des Schalterhebels 62 befestigt sind und deren
Lage die Drehmomenteinstellung der Schalter 51 bestimmt. Wie die F i g. 4 zeigt,
hat sich die Welle 58 in axialer Richtung nach außen bewegt und sich daher im Uhrzeigersinn
bezüglich der Ansicht dieser Figur gedreht, so daß der Hebel 63 an der rechten Schraube
66 anliegt. Die nachfolgende Bewegung des Hebels 63 dreht den Schalterhebel 62 und
dessen Platte 67 im- Uhrzeigersinn und drückt auf den geschlossenen, auf das Drehmoment
ansprechenden Schalter 51 b.
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Die normale Stellung des Schalterhebels 62 ist in F i g. 3 veranschaulicht.
Für den Fall einer nach innen gerichteten axialen Bewegung der Welle 58 greift der
Hebel 63 an der linken Schraube 66 an in der Weise, wie es in F i g. 4 ersichtlich
war, und betätigt den offenen Drehmomentschalter 51a.
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Gemäß der Erfindung ist es auch möglich, daß auch die Schalter 51
gemäß der Drehung der Welle 17 auch als Endschalter arbeiten. Diese Wirkungsweise
kann an die Stelle der drehmomentabhängigen Schaltung durch die Welle 21 treten
oder diese ergänzen.
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Aus den F i g. 3 und 4 ist ersichtlich, daß der Schalterhebel 62 für
die Drehmomentschalter 51 in einem abgeschnittenen Teil des oberen Abschnittes
45 der Schalterplatte 43 bewegt werden kann, so daß normalerweise
die Bewegungen dieser beiden Teile nicht in Beziehung stehen. Der Schalterhebel
62 hat jedoch eine Verlängerung zu einer Platte 67, die auf dem Lager 52 drehbar
montiert ist. Der untere Teil dieser Platte 67 weist jedoch zwei Stellen auf, die
die Begrenzungsschrauben 68 aufnehmen können, die, wie in F i g. 2 veranschaulicht,
in die Bewegungsbahn der Schalterplatte 43 ragen. Die Schrauben 68 a, 68
b entsprechen der offenen und geschlossenen Grenzstellung, so daß beide Schrauben
angebracht werden müssen, wenn der Antrieb in beiden Richtungen durch Endstellungen
begrenzt werden soll. Bei einer Drehbewegung der Platte 43 greift deren Vorderkante
an der einen oder der anderen der Schrauben 68 an und dreht die Platte 67, so daß
der Schalterhebel 62 als Grenzschalter wirkt. Der federnd befestigte Hebel
63 ist erforderlich, damit der Schalterhebel 62 von der Schalterplatte 43
ohne Bewegung der Welle 58 gedreht werden kann, die wegen des schraubenförmigen
Abschnittes 60 keine umgekehrte Bewegung ausführen kann.
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Jeder Schalter 51 kann daher sowohl als Drehmoment- und als Endschalter
wirken, und zwar steht dieser Vorgang vollständig unter der Leitung des Bedienungsmannes,
der die Betriebsweise unter Anpassung an die Erfordernisse umändern kann. Beispielsweise
arbeiten die Schalter 51 nach Entfernung der beiden in der Platte 67 befindlichen
Schrauben 68 nur als drehmomentempfindliche Schalter unter der Wirkung der Welle
21. Wenn die Kupplung mit der Motorwelle entfernt wird und die Schrauben 68 eingesetzt
werden, dann arbeiten die Schalter nur als Endschalter. In einer anderen Anordnung
können die Schalter 51 sowohl als Drehmoment- als auch als Endschalter wirken, wobei
mit den Schrauben 66 die Drehmomenteinstellung festgelegt werden kann.
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Die Vorsprünge 53 des unteren Abschnittes 44 der Schalterplatte 43
erstrecken sich durch einen in der unteren Verlängerung der Platte 67 eingeschnittenen
Schlitz 70 (F i g. 3 und 4). Durch diese Anordnung wird unter der Annahme,
daß die Grenzschrauben 68 nicht verwendet werden, ein Drehmoment- Verriegelungsschalter
geschaffen, da vermieden wird, daß der offene Drehmomentschalter 51a in Betrieb
ist, während der geschlossene Endschalter 47b betätigt wird oder umgekehrt. Wenn
man beispielsweise annimmt, daß die Schalterplatte 43 durch die Mutter 29 in ihre
offene Stellung gebracht worden war (F i g. 5), so kommt sie mit einer Seite 71
des Schlitzes 70 zum Eingriff, so daß verhindert wird, daß der Schalterhebel 62
den geschlossenen Drehmomentschalter 51 b in Betrieb setzt. Der Hebel 62
kann sich nicht, wie aus der F i g. 4 ersichtlich, im Uhrzeigersinn drehen, da die
Kante 71 bereits an der Schalterplatte 43 angreift, die dort von der Mutter 29 gehalten
wird. Diese Lage kann dann eintreten, wenn das Ventil einige Zeit offengelassen
worden war und hervorgerufen durch eine diesbezügliche Setzwirkung ein größeres
als das normale Drehmoment zum Schließen benötigt. Der Zweck des Drehmomentverriegelungsschalters
besteht darin, daß zeitweilig die normale Drehmomentbegrenzungswirkung beseitigt
wird, so daß der Antrieb erforderlichenfalls sein maximales Anzugsdrehmoment entwickeln
kann. Dieselben Überlegungen treffen zu, wenn sich das Ventil in geschlossener Stellung
befindet und der Antrieb das Ventil öffnen soll. Wenn das Ventil festsitzend geschlossen
ist, bewegt sich die Welle 21 in Axialrichtung und versucht, den geschlossenen Drehmomentschalter
51a
zu betätigen, was jedoch durch die Kante 72 des Schlitzes 70 verhindert
wird, die bereits im Eingriff mit der Schalterplatte 43 steht, welche in ihre geschlossene
Stellung gedreht worden war.
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In den Zeichnungen sind die Kontakte der verschiedenen elektrischen
Schalter im allgemeinen durch das Bezugszeichen 73 angedeutet.
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Bei einer abgeänderten Konstruktion des Drehmomentverriegelungsmechanismus
ist kein Schlitz 70
vorgesehen und die Platte 67 wird an Stelle dessen an
einer Bewegung, die zu einer Betätigung des offenen Drehmomentschalters führt, durch
einen drehbar gelagerten Hebel verhindert, der in dieser Stellung durch die Mutter
29 in seiner geschlossenen Grenzlage gehalten wird. Der Hebel ist federbelastet,
so
daß er, wenn sich die Mutter 29 wegen der Öff-
nungsbewegung des Ventils bewegt,
so verschwenkt, daß er eine Betätigung (falls erforderlich) des offenen Drehmomentschalters
erlaubt. Die Anordnung verhindert somit eine Betätigung des offenen Drehmomentschalters,
wenn das Ventil bewegungsunfähig geschlossen ist.