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Die
Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für Ventile, Hähne oder
andere Absperrorgane, wie sie insbesondere in Flüssigkeits- oder Gasleitungen
eingesetzt werden, mit einem Zylindergehäuse und einem im Zylindergehäuse axial
verschieblichen, entgegen der Wirkung von mindestens einer Rückstellfeder
pneumatisch oder hydraulisch beaufschlagbaren Antriebskolben, der
im Zylinderinneren verdrehsicher geführt ist und der ein Antriebsmittel aufweist,
das mit einem gegenüber
dem Zylindergehäuse
verdrehbar gelagerten, mit dem Absperrorgan koppelbaren Drehkörper zusammenwirkt,
um die vom Antriebskolben im Zylindergehäuse ausgeführte Axialbewegung in Drehbewegung
des Drehkörpers umzusetzen.
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Derartige,
meist pneumatisch betriebene Antriebsvorrichtungen werden eingesetzt,
um Absperrorgane wie beispielsweise Scheibenventile oder Kugelhähne, die
zum Absperren von Rohrleitungen in diesen eingebaut sind, automatisch
zu öffnen
oder zu schließen.
Dabei haben die Absperrorgane meist eine Betriebsstellung, in der
sie sich die weit überwiegende
Zeit befinden, und eine Schaltstellung, in die sie meist nur kurzfristig
verstellt werden müssen,
bevor sie wieder in ihre Betriebsstellung zurückgestellt werden. Wenn die
Absperrorgane in ihrer Betriebsstellung stehen, also beispielsweise
den Durchfluß des
Rohres, in das sie eingebaut sind, vollständig freigeben oder dieses
Rohr vollständig
verschließen, befindet
sich der Antriebskolben im Zylindergehäuse der Antriebsvorrichtung
in einer Ruhestellung, in der er von der Rückstellfeder gegen einen Anschlag,
beispielsweise eine Stirnwand des Zylindergehäuses gedrückt wird. Zur Betätigung des
Absperrorgans wird dann Druckluft in den Zylinderraum zwischen Zylinder und
Kolben eingeführt
und bewegt den Kolben entgegen der Wirkung der Rückstellfeder. Diese Axialbewegung
des Kolbens wird über
das Antriebsmittel, bei dem es sich um ein Bewegungsgewinde oder
ein Kurvengetriebe handeln kann, in eine Drehbewegung des Drehkörpers umgesetzt,
der wiederum mit dem zu betätigenden
Ventil gekoppelt ist und den Ventilkörper in die Schaltstellung
verdreht. Wenn der Druck im Zylinderraum wieder abnimmt, drückt die
Rückstellfeder
den Antriebskolben zurück
in seine Ruhestellung, wobei auch der Drehkörper in seine Ausgangslage
zurückverdreht
wird.
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Derartige
Antriebsvorrichtungen sind seit geraumer Zeit bekannt und haben
sich bei der automatisierten Betätigung
von Absperrorganen im Allgemeinen als sehr zuverlässig erwiesen.
Probleme können
aber mitunter wegen der vergleichsweise großen Vorspannung auftreten,
mit der die Rückstellfeder(n)
den Antriebskolben in seine Ruhelage zurückdrücken und in dieser Ruhelage
unter Vorspannung halten. Die hohe Federkraft, die auf den Antriebskolben
und damit auch auf das Zylindergehäuse wirkt, an den sich der
Kolben in der Ruhelage abstützt,
kann nämlich
gelegentlich dazu führen,
daß sich
der das Zylindergehäuse
verschließende
Lagerdeckel von diesem unbeabsichtigt löst mit der Folge, daß die Rückstellfeder(n)
das Gehäuse,
den Antriebskolben und ggf. weitere Bauelemente mit der in ihnen
gespeicherten Federenergie vom Verschlußdeckel beinahe sprengen. Abgesehen
von der Gefahr, die die in einem solchen Fall herumfliegenden Bauelemente
der Antriebsvorrichtung für
die Anlage, in der sie eingebaut sind, und deren Betreiber bilden, ist
es auch sehr schwierig, eine solche Antriebsvorrichtung wieder zusammenzubauen.
Eine ähnliche Problematik
besteht generell bei der Montage von Antriebsvorrichtungen der erfindungsgemäßen Art oder
bei ihrer Wartung, für
die es manchmal erforderlich ist, das Zylindergehäuse zu öffnen, beispielsweise
um Dichtflächen
zu reinigen oder bewegliche Teile neu abzuschmieren. Auch in solchen
Fällen,
in denen beim Öffnen
des Zylindergehäuses
die Rückstellfeder(n)
noch unter Vorspannung steht/stehen bzw. beim Wiederverschließen wieder
unter Vorspannung gebracht werden muß/müssen, erfordert es besonderes
Geschick und spezielle Kenntnisse und Werkzeuge, um die Montage
bzw. Demontage ohne nennenswerte Probleme durchführen zu können.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Antriebsvorrichtung der eingangs genannten
Art so zu verbessern, daß sie
in besonders einfacher Weise montiert und demontiert werden kann
und daß auch
bei einem unbeabsichtigten Öffnen
des Zylindergehäuses
die von der Rückstellfeder
beaufschlagten Bauteile nicht von dieser explosionsartig auseinander
gedrückt
werden können.
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Diese
Aufgabe wird mit der Erfindung dadurch gelöst, daß die von dem Drehkörper ausführbare Drehbewegung
begrenzt ist.
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Die
Begrenzung der Drehbewegung des Drehkörpers hat zur Folge, daß hierdurch
auch die Axialbeweglichkeit des Antriebskolbens eingeschränkt wird,
denn dieser ist ja einerseits über
das Antriebsmittel mit dem Drehkörper
gekoppelt und andererseits verdrehsicher geführt, so daß eine Axialbewegung des Antriebskolbens
unter dem Druck der Rückstellfeder
nur solange möglich
ist, solange sich auch der Drehkörper
drehen kann. Sobald der Drehkörper
seine Drehgrenze erreicht hat, wird auch jede weitere Axialbewegung
des Antriebskolbens, die dieser unter der Wirkung der Rückstellfeder
möglicherweise
ausführen
möchte,
unterbunden. Beim Öffnen des
Zylindergehäuses – beabsichtigt
oder unbeabsichtigt – drückt also
die Rückstellfeder
gegen den Antriebskolben, der hierdurch über sein Antriebsmittel den
mit ihm gekoppelten Drehkörper
soweit weiterdreht, bis dessen Drehbewegung begrenzt wird. In dieser
Stellung des Drehkörpers
läßt sich
auch der Antriebskolben nicht weiter axial verschieben.
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Bevorzugt
ist eine zwischen dem Drehkörper und
dem Zylindergehäuse
wirksame Drehwegbegrenzungseinrichtung vorgesehen, die im wesentlichen
aus einem Riegelnocken und einer etwa kreisringsegmentartigen Ausnehmung
bestehen kann, in die der Riegelnocken einfaßt und in der er sich relativ zwischen
zwei endseitigen Anschlagflächen
auf einer kreissegmentförmigen
Bahn bewegen kann. Die Anordnung kann dabei so getroffen sein, daß der Riegelnocken
am Drehkörper
und die ringsegmentartige Ausnehmung am Zylindergehäuse bzw.
dem dieses verschließenden
Verschlußdeckel
angeordnet ist. Besonders vorteilhaft ist allerdings eine Ausgestaltung,
bei der die Ausnehmung in einem am Drehkörper angeordneten Anschlagelement
und der Riegelnocken an einem den Zylinderraum des Zylindergehäuses stirnseitig
verschließenden
Lagerdeckel angeordnet sind. Der Drehkörper kann mittels eines Drehlagers
an dem Lagerdeckel drehbar gelagert sein, wobei sich das Anschlagelement
nahe der zylinderraumseitigen Innenseite des Lagerdeckels befindet
und wobei der Riegelnocken von der Außenseite des Lagerdeckels durch
diesen hindurch so montierbar sein kann, daß er in Eingriff mit der Ausnehmung gelangt.
Konstruktiv besonders einfach ist es in diesem Zusammenhang, wenn
der Riegelnocken mit einem Gewinde in eine am Lagerdeckel angeordnete Gewindebohrung
soweit einschraubbar ist, daß er mit
seinem vorderen Riegelende an der Innenseite des Lagerdeckels wieder
heraustritt und dort in die vom Anschlagelement gebildete Ausnehmung
einfaßt.
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In
vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das Anschlagelement
lösbar
mit dem Drehkörper verbunden,
wodurch es leicht ausgetauscht werden kann und womit es auch möglich ist,
das Anschlagelement in verschiedenen Winkelstellungen am Drehkörper zu
befestigen. In der fertig montierten Stellung des Anschlagelementes
ist dieses in jedem Fall drehfest mit dem Drehkörper verbunden, beispielsweise über eine
formschlüssige
Verbindung, bei der es sich um ein Vierkantprofil oder ein Kerbzahnprofil
handeln kann, wobei letzteres eine besonders feinfühlige Einstellung
des Anschlagelements relativ zum Drehkörper erlaubt.
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Der
Drehkörper
und der Antriebskolben sind zweckmäßig über ein Bewegungsgewinde – beispielsweise
ein Trapezgewinde – oder über ein
Kurvengetriebe miteinander gekoppelt, wobei die Übersetzungsverhältnisse
zweckmäßig so gewählt sind, daß der maximale
axiale Weg, den der Antriebskolben im Zylinder ausführen kann,
dem gewünschten maximalen
Verstellwinkel entspricht, um den sich der Drehkörper zum Betätigen des
Absperrorgans verdrehen soll.
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Um
die gewünschte
Verdrehsicherheit des Antriebskolbens gegenüber dem Zylindergehäuse zu erreichen,
ist es vorteilhaft, wenn sich der Antriebskolben an mindestens einem
am Zylindergehäuse bzw.
dessen Lagerdeckel angeordneten, sich parallel zur Zylinderachse
erstreckenden Führungselement führt und
in Umfangsrichtung abstützt.
Besonders vorteilhaft ist es in diesem Zusammenhang, wenn der Lagerdeckel
mit meh reren, konzentrisch um die Zylinderachse angeordneten Führungselementen
versehen ist, die ins Zylinderinnere hineinragen und in am Antriebskolben
angeordnete, angepaßte
Führungsöffnungen
einfassen, und wenn mehrere Rückstellfedern
auf demselben Teilkreis wie die Führungselemente zwischen diesen
vorgesehen sind, die sich am Lagerdeckel abstützen und den Antriebskolben
in seine Ruhelage gedrückt
halten.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung und der Zeichnung, worin eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung anhand eines Beispiels näher erläutert wird. Es zeigt:
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1 eine
an einem Ventil angeschlossene Antriebsvorrichtung nach der Erfindung
in einem Längsschnitt;
und
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2 den
Gegenstand der 1 in einem Schnitt längs der
Linie II-II.
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Die
in der Zeichnung in ihrer Gesamtheit mit 10 bezeichnete
Antriebsvorrichtung dient zur Betätigung eines Scheibenventils 11,
das in nicht näher dargestellter
Weise in einer Rohrleitung angeordnet ist. Mittels der Antriebsvorrichtung
ist die Betätigung des
Scheibenventils automatisch von einer entfernt gelegenen Leitwarte
möglich,
wobei die Betriebsweise nachfolgend noch im Detail beschrieben werden wird.
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Die
Antriebsvorrichtung 10 weist ein Zylindergehäuse 12 auf,
in dem ein Antriebskolben 13 axial verschieblich aufgenommen
ist. Das Zylindergehäuse
ist an seiner rückwärtigen,
in 1 oberen Stirnseite von einer einteilig mit dem
Zylinderrohr 14 ausgestalteten Stirnplatte 15 verschlossen,
die einen Anschluß 16 für eine Druckluftleitung
aufweist. Das zum Scheibenventil hin weisende, untere Ende des Zylinderrohrs 14 wird
von einem Lagerdeckel 17 verschlossen, der mit einem unten
am Zylinderrohr angeordneten Bajonettverschluß 18 verbunden ist.
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Gleichmäßig über den
Umfang desselben Teilkreises 19 verteilt sind am Lagerdeckel 17 zwei zapfenförmige Führungselemente 20 und
insgesamt sechs Rückstell-Druckfedern 21 in
zwei Dreiergruppen zwischen den Füh rungselementen angeordnet, die
in das Zylinderinnere jeweils soweit hineinragen, daß die Führungselemente 20 in
hieran angepaßte, am
Antriebskolben 13 ausgebildete und nach unten offene Führungsöffnungen 23 einfassen,
während die
Rückstellfedern 21 in
an sie angepaßte
Federaufnahmen 24 am Antriebskolben greifen und sich mit ihren
oberen Enden an der Unterseite des oberen Kolbenbodens 25 abstützen. In
der in 1 dargestellten Ruhelage der Antriebsvorrichtung
drücken die
Rückstellfedern
den Kolben gegen die Stirnplatte 15 des Zylindergehäuses. Wird
dieses mit Druckluft beaufschlagt, wird infolge des sich im Zylinderinneren 22 einstellenden
höheren
Druckes der Kolben entgegen der Wirkung der Druckfedern 21 nach
unten gedrückt,
wobei er sich entlang der Führungselemente 20 führt, die
in der Ruhestellung des Kolbens ein gutes Stück unterhalb des oberen Endes
der Führungsöffnungen 23 enden
und somit eine Verschiebung des Kolbens erlauben. Ein im oberen
Bereich des Antriebskolbens 13 am Umfang von dessen Kolbenboden 25 angeordneter
Kolbenring 26, der von der Druckluft radial aufgeweitet
wird und somit fest am Zylinderrohr 14 des Zylindergehäuses anliegt, sorgt
für die
erforderliche Abdichtung zwischen den relativ zueinander beweglichen
Teilen der Zylinderanordnung.
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Der
Antriebskolben 13 ist mit einem nach unten offenen, zentrischen
Trapez-Innengewinde 27 versehen, in das ein am unteren
Lagerdeckel 17 drehbar gelagerter Drehkörper 28 mit einem
entsprechend angepaßten
Trapez-Außengewinde 29 ein Stück weit
eingeschraubt ist. Der Drehkörper
besteht hierbei im wesentlichen aus einer im Lagerdeckel 17 mittels
eines Gleitlagers 30 drehbar gelagerten Antriebswelle 31 für das Scheibenventil 11 und
einem das Außengewinde 29 aufweisenden
Wellenaufsatz 32, der auf ein an der Antriebswelle oben
angeordnetes Vierkantprofil 33 mit einer entsprechend angepaßten Aufnahme 34 formschlüssig aufgesteckt
und mittels einer Sicherungsschraube 35 axial gesichert ist.
Wenn der Antriebskolben 13 infolge von Druckluftbeaufschlagung
der Antriebsvorrichtung 10 nach unten gedrückt wird,
bewirkt das aus dem Trapez-Innengewinde 27 am Kolben und
dem Trapez-Außengewinde 29 am
Wellenaufsatz gebildete Bewegungsgewinde die Umsetzung dieser Axialbewegung
des Kolbens in eine Drehbewegung des Drehkörpers 28 und damit
ein Verstellen der (nicht dargestellten) Scheibe des Scheibenventils
in die gewünschte
(offene oder geschlossene) Stellung.
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Wie
man aus den Zeichnungen gut erkennen kann, ist zwischen der Antriebswelle 31 und
dem Wellenaufsatz 32 auf das Vierkantprofil noch ein Anschlagelement 36 drehfest
aufgesetzt, das an seinem äußeren Umfang
eine ringsegmentartige Ausnehmung 37 aufweist, die sich über einen
Winkelbereich erstreckt, der bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
etwas größer ist
als 90° und
beispielsweise 93° betragen
kann. In die Ausnehmung ragt ein Riegelnocken 38 hinein,
der vom vorderen Ende einer Stellschraube 39 gebildet wird,
die von unten in eine am Lagerdeckel 17 angeordnete Gewindebohrung 40 soweit
eingeschraubt ist, daß der
Riegelnocken an der Innenseite 41 des Lagerdeckels soweit ins
Zylinderinnere hineinragt, daß er
in die Ausnehmung 37 am Anschlagelement 36 einfaßt.
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Die
von dem Riegelnocken und der Ausnehmung am Anschlagelement gebildete
Drehwegbegrenzungseinrichtung stellt sicher, daß sich der Drehkörper 28 nur
in einem begrenzten Bereich – beim dargestellten
Ausführungsbeispiel
90° – verdrehen kann
und dann durch den Anschlag des Riegelnockens an der einen der beiden
endseitigen Anschlagflächen 42 ein
Weiterdrehen wirksam unterbunden wird. Die etwas größere Umfangslänge der
Ausnehmung von mehr als 90° trägt dem Umstand
Rechnung, daß der
Riegelnocken selbst einen gewissen Durchmesser haben muß, um wirksam
zu sein, so daß sich
die Ausnehmung ein Stück
weit über
den eigentlichen Verdrehbereich von 90° erstrecken muß.
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Die
erfindungsgemäße Drehwegbegrenzungseinrichtung
ermöglicht
es in besonders zuverlässiger
und einfacher Weise, das Zylindergehäuse 12 vom Lagerdeckel 17 zu
demontieren, ohne daß die
Gefahr besteht, daß sich
die Rückstellfedern 21 plötzlich entspannen,
wenn der von der Stirnplatte 15 des Zylindergehäuses 12 gebildete
rückwärtige Anschlag
für den
Kolben plötzlich
wegfällt,
was in der Vergangenheit bei ähnlichen
Vorrichtungen zu einer explosionsartigen "Selbstdemontage" aller Bauteile der Vorrichtung unter
entsprechender Gefährdung
für Mensch
und Maschine führen
konnte. Erfindungsgemäß wird nämlich der
Drehkörper 28 von
dem Anschlagelement und dem damit zusammenwirkenden Riegelnocken
in seiner freien Bewegung gehindert, wenn das Zylindergehäuse 12 abgenommen
wird, was wiederum auch ein Verschieben des Antriebskolbens 13 unterbindet,
der über
das Bewegungsgetriebe ja formschlüssig mit dem Drehkörper verbunden
ist und eine Axialbewegung nur dann ausüben kann, wenn der Drehkörper frei
drehen kann.
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Die
Erfindung ist nicht auf das dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel
beschränkt, sondern
es sind verschiedene Änderungen
und Ergänzungen
möglich,
ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. So ist es beispielsweise
denkbar, die sich über
einen gewissen Winkelbereich erstreckende Ausnehmung nicht am drehbaren
Teil der Antriebsvorrichtung, also dem Drehkörper anzuordnen, sondern an
dem unteren, feststehenden Lagerdeckel, wobei dann der Riegelnocken
sich am drehenden Teil befindet und in die am Lagerdeckel angeordnete
Ausnehmung einfaßt.
Es ist auch durchaus denkbar, Ausnehmung und Riegelnocken nicht
im Zylinderinneren anzuordnen, sondern außen im Bereich des Anschlußflansches,
mit dem die Antriebsvorrichtung am Scheibenventil 11 angeschlossen
ist. Anstelle von mehreren, gleichmäßig an einem Teilkreis angeordneten
Druckfedern bzw. Führungselementen
kann auch eine einzelne Druckfeder vorgesehen werden, die konzentrisch
um den Drehkörper herum
angeordnet ist. Auch das Führungselement kann
als konzentrische Hülse
ausgebildet sein, die mit einer Mehrkantführung axial verschieblich am Kolben
angreift, sich aber gegenüber
diesem nicht verdrehen kann. Es können auch mehr als die sechs beim
Ausführungsbeispiel
zum Einsatz kommenden Rückstellfedern
vorgesehen werden, beispielsweise zwölf Federn, bzw. die Rückstellfedern
können
als ineinander angeordnete Zwillingsfedern ausgestaltet sein, um
eine höhere
Rückstellkraft
zu gewährleisten wenn
dies erforderlich sein sollte.