DE2121377B2 - Motorischer stellantrieb fuer ventile mit schubkraftabhaengiger endstellungsabschaltung - Google Patents

Description

• Schließlich ist es bekannt (deutsche Auslegeschrift 1 093 637), bei einem elektromotorischen Antrieb für Ventile u. dgl. einen Schalter vorzusehen, der es er-
• laubt, dem Ventil eine vorgegebene Zwischenstellung zwischen der voll geöffneten und der voll geschlossenen Stellung zu geben, wobei Schaltnocken verwendet werden. Dieser Schalter ist aber nicht dazu bestimmt, eine Schaltfunktion an einem fremden Gerät auszulösen.
• Ziel der Erfindung ist es deshalb, den eingangs genannten motorischen Stellantrieb in der Weise zu verbessern, daß an vorbestimmten Zwischenstellungen des Verschlußstückes Schaltfunktionen ausgelöst werden, die unabhängig von der Endstellungsabschaltung sind.
• Zu diesem Zwecke ist der Stellantrieb gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebszahnrad über ein formschlüssiges Getriebe mit zumindest einem drehbar gelagerten Schaltnocken gekuppelt ist, durch den ein zugeordneter Betätigungsschalter unabhängig von dem Schalthebel der Schaltwelle betätigbar ist.
• Hierbei ist es zweckmäßig, wenn der Betätigungsschalter auf einer mit dem Gehäuse verbundenen Anschlußplatte angeordnet ist, welche das mit dem Antriebszahnrad über ein Ritzel und eine Welle gekuppelte Getriebe trägt.
• Um die Zwischenlage, bei der eine Schaltfunktion ausgelöst wird, einfach ändern zu können, ist es vorteilhaft, wenn der Schaltnocken in seiner Winkellage bezüglich des Antriebszahnrades verstellbar ausgebildetist.
• Außerdem kann in einer bevorzugten Ausführungsform das Getriebe als Schneckengetriebe ausgebildet sein, so daß eine Verdrehung des Schaltnokkens, beispielsweise zur Verstellung der Zwischenstellung, nicht auf das Antriebszahnrad übertragen werden kann.
• Gelegentlich ist es erforderlich, den Ventilhub in einen entsprechenden ohmschen Widerstandswert analog umzuformen, um auf diese Weise eine Eingangsgröße für einen elektrischen Regler oder beispielsweise für eine elektrische Fernstellungsanzeige zu gewinnen. Zu diesem Zwecke kann auf der Anschlußplatte ein mit dem Getriebe formschlüssig gekuppeltes Potentiometer angeordnet sein.
• Die Anordnung kann hierbei mit Vorteil derart getroffen werden, daß sich eine selbsttätige Justierung des Potentiometers sowie des Zwischenstellungsschalters nach einer Verstellung der Ventilspindel von Hand ergibt. Zu diesem Zwecke ist das Potentiometer mit einem den Verdrehwinkel begrenzenden Endanschlag versehen, während das Getriebe eine Rutschkupplung enthält. Wird bei einem solchen Stellantrieb die Ventilspindel nach Lösen der Kupplung mit dem Antrieb von Hand, beispielsweise mittels eines Handrades, verstellt, so dreht sich bei dieser Verstellung der Spindel das Antriebszahnrad und damit das Getriebe nicht mit. Nach Wiederinbetriebnahme des elektrischen Antriebes des Antriebszahnrades läuft das Potentiometer gegen seinen Endanschlag, worauf die in dem Getriebe angeordnete Rutschkupplung durchschlüpft, bis in der Endstellung wieder die Justierung selbsttätig erreicht ist.
• Weitere vorteilhafte Merkmale und Eigenschaften des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen.
• In der nachfolgenden Beschreibung ist ein in der Zeichnung dargestelltes Ausführungsbeispiel erläutert. In der Zeichnung zeigt Fig. 1 ein Motorventil mit einem Stellantrieb ge- mäß der Erfindung, in einer Seitenansicht, teilweise im Schnitt und teilweise in schematischer Darstellung, Fig.2 den motorischen Stellantrieb des Ventils nach F i g. 1 im axialen Schnitt in einer Seitenansicht, in einer Darstellung in einem anderen Maßstab, F i g. 3 den Stellantrieb nach F i g. 2 im axialen Schnitt in einer Seitenansicht um 900 gedreht und F i g. 4 den Stellantrieb nach F i g. 3 in der Draufsicht.
• Das in F i g. 1 bei 1 schematisch dargestellte Ventil weist ein Verschlußstück 2 auf, das mit einer Ventilspindel 3 verbunden ist, die durch eine Schlingfeder 4 unverdrehbar gehalten ist, deren Schenkel 5 sich beidseitig gegen eine Säule 6 abstützen, die mit dem Gehäuse des Ventils 1 starr verbunden ist. Die Ventilspindel 3 trägt ein Handrad 7, das es gestattet, die Ventilspindel 3 von Hand zu verdrehen.
• Auf den beiden Säulen 6 sitzt ein Gehäuse 8, in dem der motorische Stellantrieb untergebracht ist, und das mit einer abnehmbaren Haube 9 versehen ist.
• Der in dem Gehäuse 8 angeordnete Stellantrieb weist eine Spindelmutter 10 auf, die mit der Ventilspindel 3, welche im Bereiche ihres oberen Endes ein Gewinde 11 trägt, zusammenwirkt. Mit der Spindelmutter 10 ist ein Antriebszahnrad 12 starr verbunden, das über ein nicht dargestelltes Ritzel von einem Antriebsmotor 13 angetrieben wird. Beidseitig des Antriebszahnrades 12 sind an der Spindelmutter 10 zwei zylindrische Teile 14 ausgebildet, auf denen längsverschiebliche Kugellager 15 sitzen, die gegen spindelmutterfeste Widerlager 16 in Gestalt von Seegerringen andrückbar sind. Die beiden Kugellager 15 sind gegen parallele Gehäusewände 17 abstützbar und durch diesen zugeordneten Lageransätze 18 radial geführt.
• Zwischen den Kugellagern 15 und dem Antriebszahnrad 12 sind jeweils in Drehrichtung mitnehmbare Betätigungsglieder in Gestalt von Nockenringen 19, 20 angeordnet. In dem Gehäuse 8 ist in der Nähe des Antriebszahnrades 12 eine achsparallele Schaltwelle 21 drehbar gelagert, die mit einem Schaltfinger 22 drehfest verbunden ist, welcher mit seinen beiden Schenkeln 22 a, 22 b mit den beiden Nockenringen 19, 20 im Eingriff steht. Die Schaltwelle 21 trägt einen Schalthebel 23, der mit zwei zugeordneten Endstellungsschaltern 24, 25 zusammenwirkt, deren Schaltfedern 24 a, 25 a in den Schwenkbereich des Schalthebels 23 ragen.
• Dieser motorische Stellantrieb arbeitet wie folgt: Läuft das Ventilverschlußstück2 auf den Ventilsitz auf, so kommt die Ventilspindel 3 zum Stillstand. Die sich weiterdrehende Spindelmutter 10 beginnt auszuwandern und drückt den Nockenring 19 gegen den inneren Laufring des oberen Kugellagers 15, mit dem er reibschlüssig gekuppelt wird. Damit wird der Schenkel 22 des Schaltfingers 22a in Drehrichtung der Spindelmutter 10 bzw. des Antriebszahnrades 12 mitgenommen, so daß die Schaltwelle 21 verschwenkt wird, was zur Folge hat, daß der dieser Drehrichtung zugeordnete Endstellungsschalter betätigt wird, womit der Antriebsmotor 13 abgeschaltet wird.
• Die Abschaltung in der anderen Endstellung, bei der die Ventilspindel 3 in eine der maximalen Ventilöffnung entsprechende Anschlagstellung fährt, erfolgt in entsprechender Weise, wobei dann über den Nockenring 20 und den Schenkel 22 b des Schaltfingers 22 die Schaltwelle 21 in der entgegengesetzten Drehrichtung verschwenkt wird.
• Oberhalb des Gehäuses 8 ist eine Anschlußplatte 26 angeordnet, die mit dem Gehäuse über zwei Säulen 27 verbunden ist und auf der die beiden Endstellungsabschalter 24, 25 angeordnet sind. Die Anschlußplatte 26 ist mit einer Nabe 28 ausgebildet, in der eine Welle 29 drehbar gelagert ist, die durch eine Ringscheibe 30 axial gesichert ist und vier Schaltnokken 31 trägt, denen eine entsprechende Anzahl von Betätigungsschaltern 32, 33 zugeordnet sind. Der Antrieb der Welle 29 geschieht über ein endseitig auf die Welle drehfest aufgesetztes schrägverzahntes Zahnrad 34, das mit einer in zwei Lagerböcken 35 der Anschlußplatte 26 drehbar gelagerten Schnecke 36 eines formschlüssigen Getriebes im Eingriff steht, welches mit dem Antriebszahnrad 12 über eine in dem Gehäuse 8 gelagerte Welle 37 und ein auf dieser Welle sitzendes Ritzel 38 gekuppelt ist. Das erwähnte Getriebe enthält ein mit der Welle 37 verbundenes Zahnrad 39, welches mit einer über eine Welle 40 mit der Schnecke 36 verbundenes Kronenzahnrad 41 in Verbindung steht. Das Kronenzahnrad 41 ist mit seiner Nabe 42, welche mit der Welle 40 verkeilt ist, reibschlüssig mittels Tellerfedern 43 gekuppelt, die sich gegen ein nabenfestes Widerlager in Gestalt einer Ringscheibe 44 abstützen. Bei 45 ist ein Reibring vorgesehen. Die Teile 41 bis 45 bilden eine Rutschkupplung.
• Auch die Nockenscheiben 31 sind mit der Welle 29 reibschlüssig gekuppelt. Zu diesem Zweck sind die Nockenscheiben 31 mit der Welle 29 über beiderseits angeordnete Tellerfedern 46 und Greifringe 47 verbunden. Dies gestattet es, die Nockenscheiben 31 nach Überwindung eines bestimmten, durch die Vorspannung der Tellerfedern 46 vorgegebenen Reibungsmomente unabhängig voneinander stufenlos auf der Welle 29 zu verstellen. Das zur Verstellung erforderliche Drehmoment ist wesentlich größer als das zur Schalterbetätigung erforderliche Moment, so daß ein unbeabsichtigtes Verstellen der Nockenscheiben ausgeschlossen ist. Da die Welle 29 über das Zahnrad 34 mit der Schnecke 36 gekuppelt ist, erfolgt bei der Verstellung der Nockenscheiben 31 keine Verdrehung der Welle 37, so daß die Verstellung in einfacher Weise vorgenommen werden kann.
• Auf der Anschlußplatte 26 ist außerdem ein Potentiometer 48 angeordnet, dessen Antriebswelle 49 über ein schrägverzahntes Ritzel 50 mit der Schnecke 36 im Eingriff steht.
• Das Potentiometer 48 weist eine nicht weiter dar- gestellte Drehwinkelbegrenzungseinrichtung in Gestalt von den Verdrehwinkel begrenzenden Endanschlägen auf, durch die der Drehbereich der Potentiometerwelle 49 auf vorzugsweise 2700 begrenzt ist.
• Diese Endanschläge können beispielsweise durch einen Stift in der Potentiometerwelle 49 und einen entsprechenden zugeordneten Anschlag an beiden Grenzen des Drehbereiches in dem Potentiometergehäuse gebildet sein.
• Das Potentiometer 48 wird bei einer Verdrehung der Spindelmutter 10 und damit einer axialen Verschiebung der Ventilspindel 3 synchron mit der Drehbewegung der Spindelmutter 10 verstellt, so daß der Hub der Spindel 3 analog in einen elektrischen Widerstandswert umgeformt wird, der beispielsweise für eine Fernanzeige der Ventilspindelstellung und damit der Öffnung des Ventils oder als Eingangsgröße für einen Regler verwendet werden kann.
• Durch entsprechende Wahl der Übersetzungen zwischen den Zahnrädern 39, 41 bzw. 12, 38 kann der Ventilhub des Verschluß stückes 2 dem Drehwinkelbereich des Potentiometers 48 angepaßt werden, was bedeutet, daß bei vollem Durchlaufen des Ventilhubes eine Verdrehung der Potentiometerwelle 49 um den vorbestimmten Drehwinkelbereich von vorzugsweise 2700 erfolgt.
• Die Obersetzung zwischen der Schnecke 36 und dem auf der Welle 29 sitzenden Zahnrad 34 ist so gewählt, daß sich eine entsprechende Verstellung der Nockenscheiben 31 bei Durchlaufen des Ventilhubes ergibt, so daß an bestimmten eingestellten Zwischenlagen Schaltfunktionen durch die Betätigungsschalter 32, 33 ausgelöst werden.
• Im Bedarfsfalle kann das Verschlußstück 2 mittels des Handrades7 von Hand verstellt werden. Bei dieser Hubbewegung, bei der das Antriebszahnrad 12 nicht mitgedreht wird, erfolgt keine Verdrehung der Nokkenscheiben 31 oder der Potentiometerwelle 49. Wird nach der Handverstellung der elektrische Antrieb des Antriebszahnrades 12 wieder eingeschaltet, so wird die Potentiometerwelle 49 nach kurzer Zeit durch den den Verdrehwinkel begrenzenden Endanschlag an einer Weiterdrehung gehindert. Dies hat zur Folge, daß die Rutschkupplung 41 bis 45 wirksam wird, so daß eine erneute selbsttätige Justierung erfolgt, indem sich die Welle 37 gegenüber der feststehenden Schnecke 36 um einen Winkelbereich verdreht, der ausreicht, daß sich wieder die normale winkelgerechte Zuordnung zwischen der Welle und der Schnecke 36 ergibt.

Claims (8)

1. Patentansprüche 1. Motorischer Stellantrieb für Ventile mit schubkraftabhängiger Endstellungs abschaltung, bei dem eine mit dem Verschlußstück gekuppelte, unverdrehbar geführte Gewindespindel durch eine zugeordnete, motorisch verdrehbare Spindelmutter axial bewegbar ist, und die starr mit einem Antriebszahnrad verbundene Spindelmutter an einem zylindrischen Teil über beidseitig des Antriebszahnrades angeordnete, gegen spindelmutterfeste Widerlager andrückbare und auf den zylindrischen Teil längsverschiebliche Kugellager gelagert ist, die gegen zwei parallele Gehäusewände abstützbar und an diesen radial geführt sind, wobei die unter Wirkung der auf die Gewindespindel wirkenden Schubkraft auswandernde, umlaufende Spindelmutter nach einem kurzen vorbestimmten Auswanderungsweg in beiden Bewegungsrichtungen mit je einem koaxial zu ihr frei drehbar gelagerten und in Drehrichtung mitnehmbaren Betätigungsglied selbsttätig kuppelbar ist, das in Abhängigkeit von der Mitnahme-Drehbewegung mit einem Endstellungsabschaltmechanismus in Eingriff bringbar ist, der eine durch das Betätigungsglied um einen begrenzten Winkelweg verdrehbare Schaltwelle aufweist, die über einen Schalthebel mit zwei Endstellungsschaltern zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebszahnrad (12) über ein formschlüssiges Getriebe (34 bis 41) mit zumindest einem drehbar gelagerten Schaltnocken (31) gekuppelt ist, durch den ein zugeordneter Betätigungsschalter (32, 33) unabhängig von dem Schalthebel (23) der Schaltwelle (21) betätigbar ist.
2. 2. Stellantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungsschalter (32, 33) auf einer mit dem Gehäuse (8) verbundenen Anschlußplatte (26) angeordnet ist, welche das mit dem Antriebszahnrad (12) über ein Ritzel (38) und eine Welle (37) gekuppelte Getriebe (34 bis 41) trägt.
3. 3. Stellantrieb nach Anspruch 1 oder2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltnocken (31) in seiner Winkellage bezüglich des Antriebszahnrades (12) verstellbar ausgebildet ist.
4. 4. Stellantrieb nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltnocken (31) an einer an der Anschlußplatte (26) drehbar gelagerten und mit dem Getriebe gekuppelten Welle (29) reibschlüssig angekuppelt ist.
5. 5. Stellantrieb nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe eine an der Anschlußplatte (26) drehbar gelagerte Schnecke aufweist, die mit einem mit dem Schaltnocken (31) gekuppelten schrägverzahnten Zahnrad (34) im Eingriff steht.
6. 6. Stellantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Anschlußplatte (26) ein mit dem Getriebe (34 bis 41) formschlüssig gekuppeltes Potentiometer (48) angeordnet ist.
7. 7. Stellantrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Potentiometer den Verdrehwinkel begrenzende Endanschläge zugeordnet sind, und das Getriebe eine Rutschkupplung (41 bis 45) enthält.
8. 8. Stellantrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rutschkupplung durch ein reibschlüssig mit seiner Nabe (42) gekuppeltes Getriebezahnrad (41) gebildet ist, das durch Federkraft gegen eine Reibfläche (45) der Nabe angedrückt ist.

   Gegenstand der Erfindung ist ein motorischer Stellantrieb für Ventile mit schubkraftabhängiger Endstellungsabschaltung, bei dem eine mit dem Verschlußstück gekuppelte, unverdrehbar geführte Gewindespindel durch eine zugeordnete, motorische verdrehbare Spindelmutter axial bewegbar ist, und die starr mit einem Antriebszahnrad verbundene Spindelmutter an einem zylindrischen Teil über beidseitig des Antriebszahnrades angeordnete, gegen spindelmutterfeste Widerlager andrückbare und auf den zylindrischen Teil längsverschiebliche Kugellager gelagert ist, die gegen zwei parallele Gehäusewände abstützbar und an diesen radial geführt sind, wobei die unter der Wirkung der auf die Gewindespindel wirkenden Schubkraft auswandernde, umlaufende Spindelmutter nach einem kurzen vorbestimmten Auswanderungsweg in beiden Bewegungsrichtungen mit je einem koaxial zu ihr frei drehbar gelagerten und in Drehrichtung mitnehmbaren Betätigungsglied selbsttätig kuppelbar ist, das in Abhängigkeit von der Mitnahme-Drehbewegung mit einem Endstellungsabschaltmechanismus in Eingriff bringbar ist, der eine durch das Betätigungsglied um einen begrenzten Winkelweg verdrehbare Schaltwelle aufweist, die über einen Schalthebel mit zwei Endstellungsschaltern zusammenwirkt.

   Ein motorischer Stellantrieb dieser Art ist beispielsweise in der deutschen Patentschrift 2 010 431 geschützt. Die Abschaltung des Spindelmutterantriebs erfolgt hierbei in den Endstellungen, d. h., wenn das Verschlußstück entweder auf den Sitz oder bei geöffnetem Ventil in eine Anschlagstellung gefahren ist.

   In der Praxis stellt sich gelegentlich die Aufgabe, im Bereich des Ventilhubes, d. h. zwischen den beiden Endstellungen des Verschlußstückes Schaltvorgänge, beispielsweise das Ein- oder Ausschalten von Pumpen usw., herbeizuführen.

   Einem Ventil einen Schalter zuzuordnen, der an einem anderen Ventil eine Funktion auslöst, ist an sich aus einer Steuerung für nacheinander zu betätigende magnetisch gesteuerte Ventile bekannt (deutsche Auslegeschrift 1 011 686). Hierbei geht es darum, sicherzustellen, daß bei Ausfall eines vorhergehenden Ventils ein nachfolgendes nicht zur Wirkung kommen kann.

   Außerdem wurde auch schon vorgeschlagen (deutsche Patentschrift 1 650 522), bei einem Ventilantrieb mit einem Elektromotor und Endschalter in Abhängigkeit von der Abtriebsbewegung des Ventil an triebs zusätzliche Schalter zur Steuerung von Zusatz-bzw. Hilfsstromkreisen durch Nocken zu betätigen.

   Dieser Ventilantrieb entspricht aber nicht im Aufbau dem eingangs genannten Gattungsbegriff.