DE19716915C2 - Spindelgetriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Spindelgetriebe, insbesondere zur Betätigung von Absperr- und Regelarmaturen.

Im Bereich von Absperr- und Regelarmaturen sind verschiedene Betätigungsvorrichtungen, bestehend aus Getriebe und Antrieb, zum Überwinden der Schließ- und Öffnungswiderstände bekannt. Grundsätzlich müssen diese Betätigungsvorrichtungen selbsthemmend ausgeführt sein, um ein selbständiges Öffnen und Schließen des Absperrorgans in Folge des dynamischen Strömungsmoments auszuschließen. Das Betätigungsgetriebe wird entsprechend dem maximalen Drehmoment einer Armatur unter Berücksichtigung eines Unsicherheitsfaktors ausgelegt. Die bekanntesten Betätigungsgetriebe sind Schneckenrad-, Schraubspindel- und Schubkurbelgetriebe. Für größere Antriebsmomente und lange Schließzeiten können ein oder mehrere Stirnradvorgelege vorgeschaltet werden. Die Getriebe sind in der Regel am Antriebsflansch des Armaturengehäuses angebaut.

Die Spindelmutter eines Schubkurbelgetriebes muß im Gehäuse geführt sein, damit die auf die Spindelmutter wirkenden Querkräfte nicht auf die Spindel wirken mit der Folge, daß die Spindelmutter verklemmt. Herkömmliche Spindelmuttern werden über Rollen oder Gleitsteine in Gehäusenuten geführt, die einen hohen Herstellungsaufwand erfordern. Eine weitere noch aufwendigere Spindelmutterführung sind eine oder mehrere Säulen, die, um ein Verklemmen zu verhindern, exakt parallel zur Spindel ausgearbeitet sein müssen.

Von Nachteil sind insbesondere Endanschläge, die direkt auf das Getriebegehäuse oder Teile davon wirken. Überlastkräfte können zum Bruch des Getriebegehäuses führen. Anschlagringe, die mittels exzentrisch angeordneter Schrauben befestigt sind, sind zwar aus der FR 970 257 bekannt; diese sind aber nicht stirnseitig, sondern seitlich an den Gewinderingen angeordnet, so daß ein Nachjustieren im eingebauten Zustand unmöglich ist.

Nachteilig ist ferner die aufwendige Montierbarkeit herkömmlicher Spindelgetriebe, die ein mehrteiliges Gehäuse, zumindest aber einen zusätzlichen Getriebedeckel benötigen, welcher nur schwer abdichtbar ist. Konstruktionsbedingt können Spindelgetriebe der bekannten Bauart erst bei der Montage der Armatur assembliert werden. Bei Wartungsarbeiten an der Armatur muß das Spindelgetriebe komplett demontiert werden, da das Spindelgetriebe nicht im montierten Zustand (nicht steckbar) von der Armatur abbaubar ist. Bei dem Getriebe gemäß DE 40 19 482 C2 liegt der Abtrieb des Getriebes außerhalb des mehrteiligen Gehäuses. Im übrigen läßt die Stelleinrichtung der DE 40 19 482 C2 eine Schwenkbewegung um 90 Grad nicht zu. Durch die ungünstigen Hebelverhältnisse sind nur geringe Kräfte übertragbar. Die Stelleinrichtung weist einen relativ linearen und somit ungünstigen Drehmomentverlauf auf, da sich in den Endlagen ein nur leicht erhöhtes Drehmoment ergibt.

Herkömmliche Spindelgetriebe haben aus obigen Gründen einen eingeschränkten Anwendungsbereich, da die völlige Dichtheit aufgrund der konstruktiven Mehrteiligkeit nur mit unverhältnismäßigem Zusatzaufwand erzielt werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Spindelgetriebe so zu verbessern, daß eine möglichst hohe Dichtheit, Montagefreundlichkeit und Standfestigkeit bei einem optimalen Wirkungsgrad mit konstruktiv einfachen Mitteln erreicht wird.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Spindelgetriebe gemäß der Lehre des Anspruchs 1.

Vorgeschlagen wird ein einteiliges und allseits geschlossenes Getriebegehäuse, in das eine zylinderförmige Bohrung als Spindelmutterführung längs der Getriebespindel eingebracht ist. Innerhalb dieses Gehäuses sind die Getriebespindel, die Spindelmutter, die Lasche, die Getriebekurbel und die Abtriebswelle angeordnet. Durch dieses Gehäuse erhält man ein sehr robustes und dichtes Getriebe, das für alle Einsatzbereiche wie Anlagenbau, Erdeinbau und Unterwassereinbau geeignet ist. Ein aufwendiges Verschrauben und Abdichten der Getriebegehäuseteile entfällt. Die vorhandenen Montageöffnungen können auf eine einfache Art mit O-Ringen abgedichtet werden. Eine hohe Schutzart (zum Beispiel IP  68 analog DIN 40 050) ist somit leicht realisierbar. Leistungsmindernde Querkräfte können nicht mehr auf das Gewinde der Getriebespindel wirken, sondern werden direkt von der Spindelmutter auf die zylinderförmige Führung im Gehäuse gleichmäßig übertragen. Das Getriebe ist als Steckgetriebe ausgeführt und im komplett montierten Zustand an die Armatur anbaubar und als montierte Einheit lagerfähig. Die Innengarnitur des Getriebes kann außerhalb des Gehäuses zusammengebaut und eingestellt werden. Die komplette Baugruppe wird dann über eine speziell gestaltete Montageöffnung in das Gehäuse eingeführt. Auf der Getriebespindel sind zwei einstell- und feststellbare Gewinderinge als Endanschläge im Abstand zueinander angeordnet, zwischen denen die Spindelmutter axial bewegt wird. Dadurch werden die Überlastkräfte in der Konterung zwischen Spindelmutter und Gewindering aufgenommen und wirken somit nicht mehr nachteilig auf die Gehäuseteile des Getriebes. Zumindest ein als Endanschlag vorgesehener Gewindering ist parallel zu seiner Stirnseite derart geschlitzt, daß durch ein Anziehen der exzentrisch angeordneten Schraube ein Verklemmen des Gewinderings auf der Spindel erfolgt.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind in vorteilhafter Weise zwei über den gesamten Hub der Spindelmutter verlaufende gegenüberliegende Längsnuten vorgesehen, die auf der waagrechten Symmetrieachse der zylinderförmigen Spindelmutterführung liegen und ein Verklemmen der Spindelmutter in der Führung verhindern.

Vorgeschlagen wird ferner, die Getriebekurbel, die Lasche, die Spindelmutter und die Getriebespindel im Gehäuse derart anzuordnen, daß zwischen Getriebekurbel, Lasche und Spindelmutter ein Kniehebel entsteht, der folgende verblüffende Vorteile aufweist:

Er bewirkt, daß sich das Untersetzungsverhältnis über den Verstellweg des Getriebes derart verändert, daß sich in der Zustellung ein erhöhtes Drehmoment an der Abtriebswelle bei konstantem Antriebsmoment ergibt. Diese Getriebecharakteristik kommt insbesondere Auf-/Zu-Armaturen, wie Absperrklappen und Kugelhähnen zugute, da in der Zustellung das größte Drehmoment erforderlich, ist, um das Absperrorgan aus dem Sitz zu bewegen. Durch die Veränderung des Untersetzungsverhältnisses verändert sich auch die Schließgeschwindigkeit des Getriebes; sie wird langsamer, d. h. das Schließorgan wird langsam in den Sitz bzw. aus dem Sitz gefahren. Dieses sogenannte weiche Schließen verhindert Druckstösse in der Rohrleitung.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert und zwar zeigt

Fig. 1 das erfindungsgemäße Spindelgetriebe in Zu-Stellung im Längsschnitt,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie A-A der Fig. 1,

Fig. 3 das erfindungsgemäße Spindelgetriebe in Auf-Stellung im Längsschnitt,

Fig. 4 den geschlitzten Gewindering als Endanschlag.

Fig. 1 läßt eine drehbar in einem Lagerring (5) gelagerte Getriebespindel (4) erkennen, auf der eine Spindelmutter (3) axial zwischen zwei auf der Spindel (4) verstellbaren Endanschlägen (2a, 2b) bewegt wird. Die Bewegung der Spindelmutter (3) wird über eine mit Bolzen (10) gelenkig verbundene Lasche (9) auf eine Getriebekurbel (8) übertragen, die mittels Kerbverzahnung mit der im Gehäuse (1) drehbar gelagerten Abtriebswelle (11) verbunden ist. Die Abtriebswelle (11) führt dabei eine Drehbewegung bis ca. 90° aus. Der Antrieb des Spindelgetriebes kann über Handrad, Kettenrad, Spindelverlängerung oder Erdeinbaugarnitur erfolgen. Durch Anbringen eines Anschlußflansches (7) der auf dem Flanschlager (6) zentriert wird, ist der Anbau eines Drehantriebes (elektrisch, pneumatisch, hydraulisch) mit einer Antriebsschnittstelle nach ISO 5210 möglich. Die Einzelheit X zeigt das Kolbenführungsband (18), welches die Gleiteigenschaften der Spindelmutter in der Führung verbessert, ohne die selbsthemmenden Eigenschaften des Getriebes negativ zu beeinflussen. Die fertigungsbedingte Montageöffnung wird mit einem O- Ring (12) und einem Verschlußstopfen (13) abgedichtet.

Fig. 2 zeigt die beiden in der zylinderförmigen Spindelführung gegenüberliegenden Längsnuten (21). Die Stellung der Armatur kann über einen Zeiger (17) abgelesen werden, der direkt mit der Armaturenwelle verbunden ist und durch einen schlagfesten Schauglasdeckel (15) aus transparentem Polycarbonat geschützt ist. Der Schauglasdeckel (15) ist zum Getriebegehäuse (1) mittels O-Ring (16) abgedichtet, so daß für Erdeinbau oder Unterwassereinbau keine weiteren Schutzmaßnahmen bzw. Umrüstarbeiten erforderlich sind. Die in Lagerbuchsen (19) gelagerte Abtriebswelle (11) wird zum Gehäuse (1) mit einem O-Ring (14) abgedichtet.

Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Spindelgetriebe in Auf-Stellung gezeigt.

Fig. 4 zeigt den geschlitzten Gewindering (2c), welcher die Funktion eines Endanschlags ausübt, den eine exzentrisch angeordnete Schraube gegen Verstellen sichert.

Claims (3)

1. Spindelgetriebe, insbesondere zur Betätigung von Absperr- und Regelarmaturen, bestehend aus einer in einem Getriebegehäuse angeordneten drehbar gelagerten Getriebespindel als Antrieb und einer auf der Getriebespindel axial beweglichen Spindelmutter, die über eine Lasche und eine Getriebekurbel mit einer Abtriebswelle kraftschlüssig verbunden und in einer zylinderförmigen Spindelmutterführung im Getriebegehäuse längs der Getriebspindel geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Getriebespindel (4), die Spindelmutter (3), die Lasche (9), die Getriebekurbel (8) und die Abtriebswelle (11) innerhalb des einteiligen Getriebegehäuses (1) angeordnet sind, und daß auf der Getriebespindel (4) zwei einstell- und feststellbare einteilige Gewinderinge (2a, 2b, 2c) im Abstand zueinander angeordnet sind, zwischen denen die Spindelmutter (3) axial bewegt wird, wobei zumindest ein als Endanschlag vorgesehener Gewindering (2c) parallel zu seiner Stirnseite geschlitzt ist und durch eine auf dem Gewindering (2c) exzentrisch und stirnseitig angeordnete Schraube (22) auf der Getriebespindel (4) verklemmt wird.

2. Spindelgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der zylinderförmigen Spindelmutterführung (20) im Gehäuse (1) zwei über den gesamten Hub der Spindelmutter (3) verlaufende gegenüberliegende Längsnuten (21) vorgesehen sind, die auf der waagrechten Symmetrieachse der zylinderförmigen Spindelmutterführung (20) liegen.

3. Spindelgetriebe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Getriebekurbel (8), Lasche (9), Spindelmutter (3) und Getriebespindel (4) im Gehäuse (1) derart angeordnet sind, daß zwischen Getriebekurbel (8), Lasche (9) und Spindelmutter (3) ein Kniehebel entsteht.