DE19728510C1

DE19728510C1 - Betätigungsgestänge für Armaturen, insbesondere Anbohrarmaturen, Ventil-Anbohrarmaturen und Ventilarmaturen, für unter Mediendruck stehende Versorgungsleitungen, wie Wasser- oder Gasleitungen

Info

Publication number: DE19728510C1
Application number: DE1997128510
Authority: DE
Inventors: Werner Hintzen
Original assignee: Manibs Spezialarmaturen GmbH and Co KG
Current assignee: Manibs Spezialarmaturen GmbH and Co KG
Priority date: 1997-07-04
Filing date: 1997-07-04
Publication date: 1999-09-16
Anticipated expiration: 2017-07-05

Abstract

Bei einem Betätigungsgestänge für Armaturen, insbesondere Anbohrarmaturen, Ventil-Anbohrarmaturen und Ventilarmaturen für unter Mediendruck stehende Versorgungsleitungen, wie Wasser- oder Gasleitungen, werden die einzelnen Gestängeteile über Kupplungen miteinander verbunden, um ein Drehmoment von einem manuell oder maschinell betätigten Gestängeteil auf ein Arbeitsglied, an welchem das Drehmoment z. B. zum Schließen eines Ventils oder zum Anbohren eines Rohres benutzt wird, zu übertragen. DOLLAR A Bei diesen bekannten Betätigungsgestängen ergab sich der Nachteil, daß häufig Ventile oder auch Anbohrarmaturen durch ein Überdrehen mechanisch zerstört wurden, weil derjenige, der das Gestänge betätigte, aufgrund der großen Kraftübersetzung einen Widerstand nicht wahrnahm, wenn das Ventil geschlossen war oder an Anbohren des Rohres vonstatten gegangen war. DOLLAR A Bei der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, anstelle wenigstens einer Kupplung im Betätigungsgestänge eine Überlastkupplung vorzusehen, die bei dem Erreichen es bestimmten Drehmomentes die beiden über die Überlastkupplung gekuppelten Gestängeteile automatisch entkuppelt.

Description

Die Erfindung richtet sich auf ein Betätigungsgestänge der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art. Derartiges Gestänge dient der Betätigung von Armaturen, wie sie im Leitungsbau verwendet werden. Das Betätigungsgestänge dient dabei insbesondere der Übertragung einer Drehbewegung von einer Handhabe auf ein Arbeitsglied, wie etwa einem Ventil oder einer Anbohreinrichtung in der Armatur.

Bei einigen bekannten Betätigungsgestängen sind die einzelnen Gestängeteile über Kupplungen drehfest miteinander verbunden. Diese Kupplungen können z. B. als eine auf dem einen Gestängeteil angebrachte Schlüsselnuss, in deren Aufnahme der Kopf des gegenüberliegenden Gestängeteiles einsteckbar ist, ausgeführt sein. Über diese Verbindung kann ein Drehmoment von dem einen Gestängeteil auf das andere übertragen werden.

Von Nachteil bei dieser bekannten Art von Betätigungsstängen ist, daß es bei der Betätigung des Gestänges und damit des Arbeitsgliedes zu einem Überdrehen desselben kommen kann, da derjenige, der die Handhabe betätigt, einen eventuellen Widerstand am Arbeitsglied etwa auf Grund einer großen Kraftübersetzung nicht wahrnimmt.

Dieser Nachteil kann allgemein durch das Einbringen von Überlastkupplungen in das Betätigungsgestänge behoben werden. Einen derartigen Ansatz zeigt beispielsweise die deutsche Offenlegungsschrift 19 34 943. Darin wird ein Ladeventil offenbart, in dessen Betätigungsgestänge eine scheibenförmige Überlastkupplung eingebracht ist. Die Übertragung des Drehmomentes von der Drehbetätigung auf weitere, mit dem Arbeitsglied verbundene Gestängeteile erfolgt hier durch Reibschluß von zwei Scheiben, deren Flächen senkrecht zur Achse des Betätigungsgestänges liegen. Die Einstellung des kritischen Drehmomentes, oberhalb dessen ein Auskuppeln der Kraftübertragung erfolgen soll, erfolgt vermittels in der Drehbetätigung angebrachter Blattfedern. Eine derartige Vorrichtung stellt eine gute Lösung für Ventilbetätigungen im wissenschaftlichen Bereich und im Bereich der Hochvakuumtechnik dar. In diesen Bereichen sind im allgemeinen geringe zu übertragende Drehmomente erforderlich, so daß die reibschlüssig verbundenen Flächen relativ klein ausgeführt sein können. Weiter ist das Problem des Abriebs in derartigen Anwendungen von nachgeordneter Bedeutung.

Anders stellt sich die Situation etwa bei Anbohrarmaturen oder Ventilen von Versorgungsleitungen dar. Insbesondere bei Anbohrarmaturen ist das Arbeitsglied hohen Drehmomenten ausgesetzt. Die Überlastkupplung in solch einem Fall als Reibungskupplung gemäß der genannten Druckschrift auszuführen ist wenig sinnvoll, da entweder mit einer großen Scheibenfläche ein erheblicher Platzaufwand einhergeht, oder aber bei kleiner Reibungsfläche die Federn derart stark dimensioniert sein müssen, daß eine präzise Einstellung des kritischen Drehmomentes nicht mehr möglich ist. Da solche Anbohrarmaturen häufig mit motorgetriebenen Drehbetätigungen ausgestattet sind, kann auch das Problem des Abriebs, das insbesondere nach Auskuppeln und vor Abstellen der Maschine relevant wird, nicht mehr vernachlässigt werden.

Die in der US-Patentschrift 3 330 167 offenbarte Ventilbetätigung mit Überlastkupplung versucht das Problem ebenfalls durch Aufhebung eines Reibschlusses bei Überschreiten eines kritischen Drehmomentes zu lösen. Aufgrund der Handbetätigung der in dieser Schrift offenbarten Vorrichtung kann das Problem des Abriebs hier vernachlässigt werden. Eine Einstellbarkeit des kritischen Drehmomentes ist jedoch nicht möglich und in diesem Fall auch nicht erforderlich, da das Auskuppeln nicht, wie in der erstgenannten Druckschrift oder bei der vorliegenden Erfindung, regelmäßig als Abschluß des Anbohr- bzw. Schließvorganges geschieht, sondern lediglich im Ausnahme- bzw. Notfall einen Bruch des Arbeitsgestänges verhindern soll. Weiter ist diese Vorrichtung nicht geeignet, ein Drehmoment auf das Arbeitsglied zu übertragen.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, ein günstig herzustellendes Betätigungsgestänge zu entwickeln, das eine Beschädigung des Arbeitsgliedes vermeidet, dabei bei geringem Platzbedarf eine sichere Einstellung des kritischen Drehmomentes ermöglicht und das Problem des Abriebs reduziert.

Kern der vorliegenden Erfindung ist daher die gemäß dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 ausgeführte spezielle Gestaltung der Überlastkupplung. Es sind Überlastkupplungen bekannt, die entsprechend dem Oberbegriff von Anspruch 1 aus einer Innen- und einer Außenwelle bestehen, deren Kraft- oder Formschluß oberhalb eines kritischen Drehmomentes aufgehoben wird. In den US-Patentschriften 2 882 704 und 2 773 370 sowie in der deutschen Patentschrift 273 197 werden jeweils Ausführungen gezeigt, bei denen eine Außenwelle Ausnehmungen für Kugeln aufweist, die eine form- bzw. kraftschlüssige Verbindung zwischen der Außen- und der Innenwelle herstellen können. Als nachteilig muß hierbei insbesondere die erhöhte Teilezahl angesehen werden. Das Anordnen der Kugeln in den vorgesehenen Ausnehmungen und die Sicherung gegen unbeabsichtigtes Herausfallen ist Zeit- und daher kostenaufwendig.

Die erfindungsgemäße Überlastkupplung gemäß dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 weist dagegen keine losen Teile auf und ist somit einfacher, schneller und kostengünstiger zu realisieren.

Weitere Maßnahmen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen. In den Zeichnungen ist die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch ein bekanntes Betätigungsgestänge, teilweise im Längsschnitt,

Fig. 2 schematisch eine erfindungsgemäße Überlast kupplung in abgekuppeltem Zustand oberhalb einer Ventilkappe,

Fig. 3 schematisch die erfindungsgemäße Überlast- Kupplung mit einer darin eingekuppelten Spindel der Ventilkappe,

Fig. 4a die erfindungsgemäße Überlastkupplung in einem Querschnitt entsprechend der Schnittlinie IV-IV aus Fig. 3,

Fig. 4b die erfindungsgemäße Überlastkupplung in einem Querschnitt entsprechend dem Schnitt IV-IV aus Fig. 3, jedoch mit, im Gegensatz zu Fig. 4a, auseinandergespreizten Schalenteilen, mit eingedrehtem Sicherungs stift,

Fig. 5 schematisch eine Innenwelle der erfindungs gemäßen Überlastkupplung,

Fig. 6a schematisch die Seitenansicht eines Schalen teils der Außenwelle der erfindungsgemäßen Überlastkupplung,

Fig. 6b schematisch eine Seitenansicht auf zwei Schalenteile der Außenwelle der erfindungs mäßen Überlastkupplung,

Fig. 6c schematisch die Außenwelle der erfindungsgemäßen Überlastkupplung in Draufsicht,

Fig. 7a ein Federelement (Spiral-Sicherungsring) der erfindungsgemäßen Überlastkupplung in Ansicht,

Fig. 7b schematisch das Federelement (Spiral- Sicherungsring)der erfindungsge mäßen Überlastkupplung in Seitenansicht.

Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Betätigungsgestänges sowie technische Details hierzu sind in den Fig. 2 bis 7 dargestellt. In Fig. 1 ist ein bekanntes Betätigungsgestänge dargestellt, bei dem die Pfeile 18, 19 und 20 mögliche Positionen für das Anbringen einer Überlastkupplung angeben.

Das Betätigungsgestänge 10, welches in Fig. 1 dargestellt ist, weist eine Drehbetätigung 11 auf, die manuell betätigt werden kann, oder aber auch durch einen maschinellen Antrieb zu betätigen sein kann. Diese Drehbetätigung 11 geht in eine Schlüsselstange 12 über, an deren unteren Ende sich eine Kupplung 17 befindet. In diese Kupplung 17 ist der Kopf der Spindel 13 einsteckbar. Über die Kupplung 17 kann ein Drehmoment von der Schlüsselstange 12 auf die Spindel 13 übertragen werden. Die hier dargestellte Spindel 13 ist mittig in einer Ventilkappe 42 angeordnet, welche auf eine Anbohrarmatur 40 aufsetzbar ist. Die Spindel 13 trägt an ihrem unteren Ende einen Adapter 15, der über die Kupplung 17 mit einem Arbeitsglied 14 drehfest verbunden werden kann, so daß ein über die Drehbetätigung ausgeübtes Drehmoment über die Spindel 13 und den Adapter 15 auf das Arbeitsglied 14 übertragen werden kann. Das Arbeitsglied 14 ist seinerseits in einem Getriebe 41 gelagert, über das eine Drehbewegung des Arbeitsgliedes 14 auch in eine Absenkbewegung des Arbeitsgliedes 14 innerhalb der Anbohrarmatur 40 umgesetzt wird. Die erfindungsgemäße Überlastkupplung 16 kann an den durch die Pfeile 18, 19 und 20 angegebenen Positionen vorgesehen sein, was jedoch nicht ausschließt, daß es auch andere günstige Positionen zur Anordnung einer Überlastkupplung 16 im Betätigungsgestänge 10 gibt, die natürlich ebenfalls Gegenstand dieser Erfindung sind.

In den nachfolgenden Fig. 2 bis 4 ist nun ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Überlastkupplung 16 dargestellt. Diese besteht aus einer Außenwelle 23, die sich in diesem Ausführungsbeispiel aus zwei Schalenteilen 24 zusammensetzt, die insgesamt eine zylindrische Form aufweisen. Diese Schalenteile 24 besitzen auf ihren Außenumfangsflächen 30 Nuten 32 (Fig. 6a-6c), deren Ebenen senkrecht zur Längsachse Schalenteile 24 verlaufen, und in die Federelemente 22 eingesetzt sind. Diese Federelemente 22 halten die Schalenteile 24 in einem definierten Abstand zueinander. In den oberen Abschnitt der Außenwelle 23 ist eine Innenwelle 21 eingesteckt, die die beiden Schalenteile 24 in einem Abstand zueinanderhält und diese gegen die Federelemente 22 drückt. In einer quer zur Längsachse der Innenwelle 21 angeordneten Bohrung 34 am unteren Ende der Innenwelle ist ein Haltestift 33 eingelassen, der in Freiräumen 29 zwischen die beiden Schalenteile 24 tritt. Dieser Haltestift 33 ist zum einen geeignet, ein Drehmoment von der Innenwelle 21 auf die Außenwelle 23 zu übertragen, und zum anderen ein Herausrutschen der Innenwelle 21 aus der Außenwelle 23 zu verhindern, da der Haltestift durch die Federelemente 22 in seiner Position in den Freiräumen 29 gehalten wird und ein Herausziehen der Innenwelle 21 aus der Außenwelle 23 verhindert wird. Der Haltestift greift dabei an die Seitenflächen 31 der Schalenteile 24 an. Neben dem oberen Abschnitt 26 weist die Außenwelle 23 auch noch einen unteren Abschnitt 27 auf, die eine Aufnahme 35 aufweist. In diese Aufnahme 35 wird ein Endstück 25 der Spindel 13 eingesteckt. In dem Endstück 25 ist ein Vorsprung 28 angeordnet, der in diesem Ausführungsbeispiel als Sicherungsstift 28 ausgeführt ist, der in einer Bohrung 37 angeordnet ist. In eingekuppelten Zustand befindet sich der Sicherungsstift 28 ebenfalls in den Freiräumen 29 zwischen den beiden Schalenteilen 24, er liegt dabei mit Berührungsstellen 38 an den Schrägflächen 39 an. Ein Drehmoment kann somit von der Außenwelle 23 über die Seitenflächen 31 der Schalenteile 24 über den Sicherungsstift 28 auf die Spindel 13 übertragen werden.

Es versteht sich, daß das Gestängeteil 11-15, welches in die Außenwelle 23 eingekuppelt wird, natürlich auch jedes andere Gestängeteil 11-15 als die Spindel 13 sein kann, so z. B. kann das Arbeitsglied 14 oder der Adapter 15 oder auch die Schlüsselstange 12 direkt in die Außenwelle 23 eingekuppelt werden, wenn die Überlastkupplung 16 an entsprechender Stelle 18-20 vorgesehen ist. Wird auf das Betätigungsgestänge 10 ein größerer Drehwiderstand, z. B. nach dem Schließen eines Ventilkörpers in einer Ventilanbohrarmatur 40 ausgeübt, so wird bei entsprechend vorgegebener Federkraft der Federelemente 22 der Sicherungsstift 28, von den ihn haltenden Schrägflächen 39 abgleiten, wobei die beiden Schalenteile 24 gegen die Kraft der Federelemente 22 auseinandergedrückt werden, und der Sicherungsstift 28 in diese hineinläuft. Die Überlastkupplung 16 hat somit ausgekuppelt und verhindert ein weiteres Übertragen des Drehmoments auf die weiteren, nachfolgenden Gestängeteile 13-15.

Günstigerweise sind die Kanten 36, der ein Endstück 25 aufweisenden Spindel 13, welche in die Aufnahme 35 eines Gestängeteiles (Spindel) einragt, abgerundet.

Bei den verwendeten Federelementen handelt es sich gemäß der Fig. 7a und 7b um einen Spiralsicherungsring 22, der in diesem Ausführungsbeispiel über zwei Spiralwindungen verfügt. Es können natürlich auch andere Federelemente als die hier verwandten in einer erfindungsgemäßen Überlastkupplung 16 zum Einsatz kommen.

Es bleibt nur noch zu bemerken, daß die hier dargestellten Ausführungsform nur eine beispielhafte Verwirklichung der Erfindung darstellt. Diese ist nicht darauf beschränkt. So sind insbesondere andere Formgestaltungen und Abmessungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung denkbar, die hier nicht grafisch wiedergegeben worden sind.

Bezugszeichenliste

10

Betätigungsgestänge

11

Drehbetätigung

12

Schlüsselstange

13

Spindel

14

Arbeitsglied

15

Adapter

16

Überlastkupplung

17

Kupplung

18

Pfeil

19

Pfeil

20

Pfeil

21

Innenwelle

22

Federelement/Spiral- Sicherungsringe

23

Außenwelle

24

Schalenteile

25

Endstück (der Spindel)

26

Abschnitt (der Außenwelle)

27

Abschnitt (der Außenwelle)

28

Vorsprung/ Sicherungsstift

29

Freiräume

30

Außenumfangsflächen

31

Seitenflächen (der Schalenteile)

32

Nuten

33

Haltestift

34

Bohrung (in der Innenwelle)

35

Aufnahme (in der Außenwelle)

36

Kanten

37

Bohrung (im Endstück der Spindel)

38

Berührungsstellen

39

Schrägflächen

40

Anbohrarmatur

41

Getriebe

42

Ventilkappe

Claims

1. Betätigungsgestänge für Armaturen, insbesondere Anbohrarmaturen, Ventil- Anbohrarmaturen und Ventilarmaturen, für unter Mediendruck stehende Versorgungsleitungen, wie Wasser- oder Gasleitungen,
das aus mehreren paarweise durch jeweils eine Kupplung (16, 17) drehfest miteinander verbundenen Gestängeteilen (11-14, 41) besteht, nämlich einer Drehbetätigung (11), einer Schlüsselstange (12), wenigstens einer Spindel (13), einem mit einem Gestängeteil zusammenwirkendem Getriebe (41) und einem Arbeitsglied (14), wie einem Ventil oder einem Anbohrkopf,
wobei ein im Betätigungsfall von der Drehbetätigung ausgeübtes Drehmoment über das Betätigungsgestänge (10) auf das Arbeitsglied (14) übertragen wird,
wobei wenigstens eine Kupplung als Überlastkupplung (16) ausgebildet ist, die aus einer Innenwelle (21), mindestens einem Federelement (22) und einer Außenwelle (23) besteht, deren einer Abschnitt (26) drehfest mit der Innenwelle (21) verbunden ist und deren anderer Abschnitt (27) eine Aufnahme (35) zum Einkuppeln eines Gestängeteils (13) aufweist,
wobei im Betätigungsfall in eingekuppeltem Zustand das Drehmoment zwischen der Außenwelle (23) und dem Gestängeteil (13) so übertragen wird, daß diese Übertragung bei Überschreitung eines über die Stärke der Federelemente (22) voreingestellten Drehmoments reversibel unterbrochen wird,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Außenwelle (23) wenigstens zwei Schalenteile (24) umfaßt, wobei die Federelemente (22) einem Auseinanderspreizen der Schalenteile (24) entgegenwirken und daß im Betätigungsfall in eingekuppelten Zustand das Drehmoment von der Außenwelle (23) über wenigstens einen am Gestängeteil (13) angebrachten Vorsprung (28), der in Freiräume (29) zwischen den Schalenteilen (24) eingreift, auf das Gestängeteil (13) übertragen wird.

2. Betätigungsgestänge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalenteile (24) den Habitus eines Zylinderabschnittes aufweisen und die Zylinderachse parallel zur Drehachse des Betätigungsgestänges (10) verläuft.

3. Betätigungsgestänge nach einem oder beiden der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Außenumfangsflächen (30) der Schalenteile (24) Nuten (32) angeordnet sind, in denen die Federelemente (22) geführt und positioniert sind.

4. Betätigungsgestänge nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Federelemente als Spiral-Sicherungsringe (22) ausgeführt sind.

5. Betätigungsgestänge nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehmoment zwischen Innenwelle (21) und Außenwelle (23) über einen Haltestift (33) übertragen wird, der in einer Bohrung (34) am Ende der Innenwelle (21) eingelassen ist und der an den Seitenflächen (31) der Schalenteile (24) angreift.

6. Betätigungsgestänge nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das in die Aufnahme (35) der Außenwelle (23) eingekuppelte Gestängeteil (13) einen vierkantförmigen Umriß aufweist, dessen Kanten (36) abgerundet sind.

7. Betätigungsgestänge nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsprung (28) am Gestängeteil (13), über den im eingekuppelten Zustand das Drehmoment zwischen Außenwelle (23) und Gestängeteil (13) übertragen wird, als Sicherungsstift ausgeführt ist.

8. Betätigungsgestänge nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsprung (28) und/oder dessen Berührungsstellen (38) an den Schalenteilen (24) Schrägflächen (39) aufweisen.

9. Betätigungsgestänge nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Überlastkupplung (16) zwischen der Schlüsselstange (12) und der Spindel (13) im Betätigungsgestänge (10) angeordnet ist (Pfeil 18).

10. Betätigungsgestänge nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Überlastkupplung (16) zwischen der Spindel (13) und einem Adapter (15) angeordnet ist (Pfeil 19).

11. Betätigungsgestänge nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Überlastkupplung (16) zwischen dem Adapter (15) und dem Arbeitsglied (14) angeordnet ist (Pfeil 20).