DE2133614A1

DE2133614A1 - Linearer Antrieb und Abstützung von vertikal bewegbaren Betätigungsstangen

Info

Publication number: DE2133614A1
Application number: DE19712133614
Authority: DE
Inventors: Gordon Robert Olney Winders, Md. (V.St.A.)
Original assignee: Diamond Power Specialty Corp
Current assignee: Diamond Power Specialty Corp
Priority date: 1970-08-21
Filing date: 1971-07-06
Publication date: 1972-02-24
Also published as: FR2103414B3; DE2133614C3; JPS5319753B1; GB1319725A; FR2103414A3; CA932970A; US3651742A; SE370769B; DE2133614B2

Description

I Pafenfanwfilfe 2133614

; Dr. Ing. H. Negendank

! Dip!. Ing. K, Haudc

j Diamond Power Dip!. Rhys. VV. Schmitz

ΐ Specialty Corporation 8Mündtori 15,Mo»srktr.23

'US. Route 22 East TeJ 536β586

!Lancaster, Ohio 4313o/USA 3· JuIi 1971

I Anwaltsakte M-159o

Linearer Antrienund Abstützung von vertikal bewegbaren Betätigungsstangen

!Die Erfindung bezieht sich auf eine lineare Antriebsvorrichtung

mit einem Zylinder, einem im Zylinder angeordneten und hydraulisch betätigbaren Kolben und einer Kolbenstange zur Betätigung einer gewünschten Last.

!Aufgabe der Erfindung ist es, einen äußerst einfachen, kompakten

und zuverlässigen hydraulischen Antrieb für Verwendungszwecke zu schaffen, bei der die Last in eine Richtung vorgespannt ist und !die so ausgebildet ist, daß in stationären Zuständen der Last

!diese wirksam gegen eine Bewegung infolge der Wirkung der Vorspannung gehalten wird.

'Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß eine Haltevorrichtung vor-

'gesehen ist, die in Reibungseingriff bringbar ist mit der Kolben- !stange, um einerBewegung der Last entgegenzuwirken und die mehrere

!Klemmvorrichtungen aufweist, die die Kolbenstange umgeben, daß

!jede Klemmvorrichtung aus einem Halteteil, das radial gegen die ,'Kolbenstange drückbar ist, und einem keilartigen Betätigungsring besteht, der axial bewegbar ist und durch Aufbringen oder Ent-

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fernen einer radialen Kraft auf den bzw. vom Halteteil betätigt oder freigegeben wird, daß die Klemmvorrichtungen übereinander liegen und gleichzeitig durch Ansprechen einer axialen, auf die !übereinander liegenden Anordnungen ausgeübt Kraft betätigt werden, daß nachgebende Mittel vorgesehen sind, die einer Bewegung in jeder Richtung der Kolbenstange entgegenwirken und die zwei Federn aufweisen, von denen ^weils eine gegen ein Ende der übereinander liegenden Anordnungen wirkt.

Die Erfindung sieht auf Reibung beruhende Haltemittel vor, die unabhängig vom hydraulischen System eine Haltefunktion durchführen, und die verbesserte Mittel aufweist, um die Last anzuhalten und freizugeben. Die Erfindung weist ferner verbesserte Mittel auf zur Änderung des Reibungswiderstands der Haltemittel zu einem gewünschten Zeitpunkt.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung an Hand von Zeichnungen hervor.

Pig. IA zeigt einen Schnitt durch den oberen Teil eines Antriebs für eine Betätigungsstange gemäß der Erfindung.

■"ig. IB zeigt den unteren Teil des Antriebs nach Pig. IA.

Figuren IC und ID zeigen ähnliche untereinander liegende Abschnitte eines Antriebs wie die Figuren IA und IB.

'ig. 2 zeigt eine Expteionsansieht von zwei zusammengehörigen Ringen der gestapelten Klemmvorrichtung,

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Der.Hauptmechanismus weist einen Zylinder Io auf, der konzentrisch in einem rohrartigen allgemein mit 12 bezeichneten Gehäuse ange-

ist

ordnet/, das den Druck hält. Der Zylinder Io hat im wesentlichen einen geringeren Durchmesser als das Gehäuse 12. Ein allgemein mit 15 bezeichneter Kolben und deren rohrartige Kolbenstange 16 sind im Zylinder Io bewegbar, und eine Reihe von radial ausdehnbaren und zusammenziehbaren Klemmringanordnungen, die in kaskadenartiger Anordnung übereinander liegen und aneinander liegen, und allgemein mit 2o bezeichnet sind, wirken mit der Kolbenstange zusammen, um diese und die mit ihr verbundene Last stationär zu halten, wenn es erwünscht ist.

,Bei der vorliegenden, hier gezeigten konstruktiven Ausgestaltung, die vertikal in einem Reaktorbehälter eines Druckwasserreaktors installiert werden soll, ist das Gehäuse 12 an seinem unteren Ende mit einem Kupplungsabschnitt 22 versehen, der entfernbar und abdichtend mit einem Stütztteil 24 verbindbar ist, der in dichtender Verbindung mit dem nicht gezeigten Reaktorgefäß steht. Die Kolbenstange erstreckt sich zwecks Verbindung mit der Last nach unten, und erstreckt sich ebenfalls nach oben, um mit einer Absenkmutter 79 in Eingriff zu gelangen, die auf das obere Ende einer Kupplungsstange 8o geschraubt ist. Der Zylinderraum 11 oberhalb des Kolbens 15 ist mit dem Inneren des Reaktorgefäßes über radial gebohrte Kanäle im aufwärts verlaufenden Teil 16' der Kolbenstange 16 oberhalb des Kolbens und einem Raum 32 zwischen der Kolbenstange und der Kupplungsstange verbunden, der sich nach unten zu radialen, öffnungen 33 erstreckt und mit diesen in Verbindung steht, die durch die Wand der Kolbenstange hindurchgehen, um in Verbindung zu treten mit einem Kanal 34, der die Kolbenstan-

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ge umgibt und der sich nach unten erstreckt und in Verbindung steht mit dem Reaktorgefäß.

An der Kupplungsstange sind mehrere auf Rückschlag ansprechende Strömungsmittelbegrenzer angebracht, die die Menge der Abwärtsströmung begrenzen, jedoch eine Aufwärtsströmung im wesentlichen freigeben und ablassen. Jeder Strömungsbegrenzer besteht aus einem Ventilring 27, der feder-vorgespannt gegen eine Schulter auf der Kupplungsstange nach unten gedrückt wird. Die Ringe 27 haben nur einen geringen Abstand von der inneren Zylinderwand der Kolbenstange, während die Schultern im Durchmesser klein genug sind, daß sie keine wirksame Drosselung schaffen. Federn J>o halten die Ringe 27 mit ausreichender Kraft gegen ihre Anschläge , um eine Verstellung der Ringe nach oben infolge von Drücken, die durch normale Konvektion entstehen, zu hindern, die jedoch nachgeben, wenn eine Entlüftung erforderlich ist.

Ein Raum 4o unterhalb des Kolbens im Zylinder Io steht über mehrere radiale Öffnungen 48, 49 in der Wand des Zylinders Io in Verbinddung mit einem Durchgangsraum 42 zwischen dem Zylinder und dem Gehäuserohr 12. An seinem oberen Ende steht der Durchgangsraum in Verbindung mit einer Öffnung 45 im Kopfteil J>o des Gehäuserohrs, das mit einem äußeren Anschlußstück 46 ausgerüstet ist zwecks Verbindung mit einer gesteuerten Quelle, die ein Betätigungs-Strömungsmittel einspeist und abzieht.

Die Öffnungen 49 an der Wand des Zylinders Io stehen derart auf Abstand und sind so bemessen, daß sie die Endbewegung des Kolbens an der unteren Begrenzung seines Weges abfedern. Die Öffnungen

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ORIGINAL INSPECTED

48 sind im wesentlichen ungedrosselt, während die unteren öffnungen 4o mit geringeren Abmessungen in Längsreihe angeordnet sind, um eine abgestufte Anhaltewirkung oder Pufferwirkung zu erhalten, nachdem der untere Kolbenring 17 während der Abwärtsbewegung die größeren öffnungen 48 passiert.

Wenn die Einheit auf einem Druckwasserreaktor installiert wird, dann kann der Zylinderraum 11 einem Reaktordruck in der Größen-Ordnung von 514 kg/cm ausgesetzt sein. Wenn das nicht gezeigte Steuersystem ein Anheben der Last fordert, wird ein Druck, der ausreicht, den Reaktordruck und die Trägheitswirkung zu über- ^: winden, über das Anschlußstück 46 eingeführt und gelangt in den Zylinderraum unterhalb des Kolbens über den Kanalbereich 42 und die öffnungen 49,48. Wird jedoch eine Abwärtsbewegung gefordert, kann das Strömungsmittel unter Druck aus dem Raum unterhalb des Kolbens über ein Anschlußstück 46 in gewünschter Menge entweichen, und der Reaktordruck oberhalb des Kolbens, der weit die Haltekraft des Klemmstapels übersteigt, drückt den Kolben herunter. Die Stellung des Kolbens und der Last kann genau dadurch reguliert werden, indem das aus der öffnung 45 herausgehende oder durch diese hineingehende Strömungsmittel durch eine gleitende hydraulische Druckmittelversorgung und durch Steuervorrichtungen bekannter (nicht gezeigt) bemessen wird.

Der untere Teil des Zylinders Io ist mit einer Buchse 52 verbunden und von dieser abgestützt, die mit dem oberen Ende eines nach unten gehenden inneren Gehäuserohres 51 befestigt ist, wobei der Zylinder, die Buchse 52 und das Rohr 51 gegeneinander abgedichtet sind. Zwischen dem Rohr 51 und der Kolbenstange 16 wird

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eine Strömungsmitteldichtung durch die Kolbenringe 61, 62 erhalten. Die Ausrichtung der Teile wird aufrechterhalten durch eine Lagerbuchse 52. Ein Kupplungsabschnitt 64 ist an dem unteren Ende des inneren Gehäuserohres 51 befestigt und mit Bajonett-Verschluß-Abschnitten 53 versehen, die haltend in Eingriff stehen mit zusammenwirkenden Abschnitten 53' am Boden des Kupplungsabschnitss 52 des Gehäuserohrs. Das untere Ende des Kupplungsabschnitts 52 trägt ein Aufteckrohr 50, das bei der bevorzugten dargestellten Ausführungsform der Erfindung in das Reaktorgefäß hineinragt. Der untere Kupplungsabschnitt 22 weist einen Durch- · gangsraum 54 in das Reaktorgefäß auf, das über die öffnungen 33 in Verbindung steht, mit dem Verbindungskanal 32 zwischen der Kupplungsstange 80 und der Kolbenstange l6.

Auf der Lagebuchse 68 ruht ein Stütz- und Widerlagerkragen 56 für die Kleramanordnung 2o. Jede Einheit der Klemmanordnung besteht aus zwei Ringen, die gemäß Fig. 2 ausgebildet sind und die bestehen aus einem inneren Spannring aus mehreren Segmenten 65 und mit einer äußeren konischen Fläche, und einem ringförmigen, entsprechend ausgebildeten Betätigungsring 66, der eine konische innere Fläche aufweist, die gleitend in Eingriff bringbar ist mit den konischen äußeren Flächen der Segmente des Spannrings, die vom Betätigungsring umgeben sind. Die inneren Flächen der Segmente haben den gleichen Radius wie die Oberfläche der Kolbenstange, die Segmente erstrecken sieh jedoch um etwas weniger als 360 °, so daß bei einem radialen Einwärtsdrücken die Segmente gegen die Kolbenstange anliegen und ein haltender Eingriff stattfindet, ohne daß die Segmente in Umfangsrichtung gegeneinander gedrückt werden und ohne daß: die Segemente axial vollständig

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in den Betätigungsring gedruckt werden. Mehrere derartiger Klemmringsanordnungen sind übereinander angeordnet und stehen in Eingriff miteinander, so daß die Stirnfläche jedes Betätigungsrings in Eingriff steht mit den Enden der Segmente der nächsten Einheit außer aera oberen Ende des Stapels. In der gezeigten Ausgestaltung werden 18 Spannringanordnungen verwendet, die nach oben gerichtet sind, so daß sie nicht nach unten von selbst betätigbar sind.

Eine Schraubendruckfeder 58 drückt nach unten auf das obere Ende des Stapels und eine stärkere Druckfeder 7o unterhalb des Stapels drückt diesen nach oben. Die Federn üben eine ausreichende Druckkraft auf den Stapel aus, daß die Segmente 65 nach innen gegen die Kolbenstange mit einem vorgegebenen Gesamtdruck gedrückt werden, der eine ausreichende Reibung herstellt, um die Last während des Haltezustands unbeweglich zu halten. Abstandsringe TI, 72 an jedem Ende des Stapels wirken als Druckelemente für die Federn. Schultern J4 und 75 sind so an der inneren Wand des Rohres 5I ausgebildet, um den Weg der Ringe in Richtungen gegen den Stapel zu begrenzen. Der Spannringstapel und die Abgrenzringe können als Einheit vertikal verschoben werden, wenn sie in jeder Richtung durch die Reibung zwischen der Kolbenstange und dem Spannringstapel gezogen werden. Die untere Feder 7o ist so bemessen, da3 sie eine Vorspannkraft auf den Stapel ausübt, die die bei dem f'indesthaltevermögen der Spannringe die Vorspannung der oberen Feder überschreitet. Während des Haltezustands wird daher der untere Abstandsring 72 gegen die nach unten gekehrte untere Schulter 75 durch die untere Feder Jo gehalten, und der Halteeffekt durch Reibung der verschiedenen Stufen wächst von dem oberen Ende zu unteren Ende des Stapels. Bewegt sich die

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Stange nach unten, dann bewegt der Widerstand des Stapels den unteren Äbstandsring'rort von der unteren Schulter und die Ansammlung vom oberen Ende zum unteren Ende wird beseitigt, wenn der Widerstand der Spannringe die untere Federkraft minus der oberen Federkraft überschreitet. Während die Bewegung nach unten fortgesetzt wird, vergrößert sich die Kraft wegen des Zusammendrückens der unteren Feder und der Ausdehnung der oberen Feder, die erforderlich ist, um den Stapel zu einem Punkt zu bewegen, da jedoch die Wirkung der unteren Feder gleich ist der Reibung, jedoch weniger als die Gesamtheit der Vorspannwirkung der oberen Feder plus der Reibung, wird der Vorspanneffekt beseitigt und die Stange kann sich unter den Druck des Reaktorgefäßes schnell bewegen, wenn der Druck unterhalb des Kolbens entfernt wird.

Die Lücke, die zwischen dem Abstand zwischen den Schultern ¹Jk und 75 vorgesehen ist, reicht aus, um eine-' Spannringabnützung während der zu erwartenden Lebensdauer der Ausrüstung auszugleichen. Diese Anordnung erlaubt die Verwendung einer größeren Anzahl von Spannringstapeln und eine daraus folgende Vergrößerung des Mindesthaltevermögens des Stapels über das hinaus, xvas sonst möglich ist, während andererseits der Höchstwiderstand an der Kolbenstange während der Abwärtsbewegung auf einen Wert begrenzt wird, der kleiner ist als ein Wert, wie er durch eine stärkere Feder allein hergestellt werden könnte.

Die Kupplungsstange 8o erstreckt sich nach unten durch die gesamte Anordnung von Kolben und Kolbenstange und besitzt an seinem oberen Ende einen Verankerungsabschnitt 81, der von oben zugänglich ist, wenn der Stopfen 31 entfernt wird. Direkt unterhalb des Veran-

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kerungsabschnitts 8l ist die Kupplungsstange 80 mit einem Abschnitt 82 versehen, der über eine Schraubverbindung in Eingriff steht mit der Absenkmutter 79* die drehbar am oberen Ende der Kolbenstange angeordnet ist und die bei einer Drehung die vertikale Stellung der Kupplungsstange einstellt. An ihrem unteren Ende hält die Kupplungsstange einen herausragenden Querstift 85 zwecks Ankupplung mit einem Kreuz 84 der Steuerstange. Der Querstift 85 am unteren Ende der Stange ist in Eingriff bringbar mit einander diametral gegenüberstehenden J-Schlitzen 9o im rohrartigen oberen Abschnitt des Kreuzes 84 der Steuerstange. Das untere Ende des Führungsrohres 5o der Kolbenstange 16 liegt am oberen Ende des Abschnitt 84 des Kreuzes der Steuerstange an und überträgt dadurch die Gegenwirkung auf die Kupplungsmutter 79* wenn die Kupplungsstange mit dem Stift 83 in den J-Schlitzen nach oben gezogen wird. Mit Hilfe dieser Anordnung kann bei entferntem Verschlußstopfen J>1 und bei einem Ansetzen eines geeigneten Werkzeugs am Verankerungsabschnitt 8l, um diesen gegen Drehung zu sichern, während die Mutter 79 gedreht wird, die Kupplungsstange 80 nach oben gefahren oder abgesenkt werden, falls erwünscht und kann außerdem gedreht werden, indem eine Drehkraft auf den Abschnitt 8l aufgebracht wird, um den stift 83 in die kürzeren, geschlossenen Schenkel der J-Schlitze zu bringen, wodurch eine Kupplungsstellung hergestellt wird, oder indem der untere Stift 83 in Ausrichtung mit den längeren Schenkeln der J-Schlitze gedreht werden, die am oberen Ende des Halses des Kreuzes der Steuerstange offen sind, wenn die Kupplungsstange abgesenkt ist und das Kreuz der Steuerstange gelöst ist.

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Claims

Diamond Power Specialty Corporation US. Route 22 East Lancaster, Ohio 43130/USA 3. Juli 1971 Anwaltsakte M-159o Patentansprüche

1),/Lineare Antriebsvorrichtung mit einem Zylinder, einem im Zylinder angeordneten und hydraulisch betätigbaren Kolben und einer Kolbenstange zur Betätigung einer gewünschten Last, dadurch gekennzeichnet, daß eine Haltevorrichtung (2o) vorgesehen ist, die in Reibungseingriff bringbar ist mit der Kolbenstange (l6) um einer Bewegung der Last entgegenzuwirken und die mehrere Klemmvorrichtungen (65,66) aufweist, die die Kolbenstange (16) umgeben, daß jede Klemmvorrichtung aus einem Halteteil (65), das radial gegen die Kolbenstange (l6) pressbar ist und einem keilartigen Betätigungsring (66) besteht, der axial bewegbar ist und durch Aufbringen und durch Wegnahme einer radialen Klemmkraft auf den bzw, vom Halteteil (65) betätigt oder freigegeben wird, daß die Klemmvorrichtungen übereinander liegen und gleichzeitig durch Ansprache auf eine axiale, auf die übereinander liegenden Anordnungen ausgeübte Kraft betätigt werden, daß nachgebende Mittel vorgesehen sind, die eine¹ Bewegung in jeder Richtung der Kolbenstange (l6) entgegenwirken und die zwei Federn (58,70) aufweisen, von denen jeweils

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eine gegen ein Ende der übereinander liegenden Anordnungen wirkt.

2) Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elastizitätsmodul einer der Federn (58, 70) den der anderen Feder wesentlich überschreitet.

3) Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben hydraulisch in eine Richtung vorgespannt ist und daß die Betätigungskraft derjenigen Feder, die den größeren Elastizitätsmodul aufweist, in die entgegengesetzte Richtung wirkt.

4) Antriebsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Begrenzungsvorrichtung vorgesehen ist, die die wirksame Betätigungskraft Jeder der beiden Federn begrenzt,

5) Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung vorgesehen ist, die eine Verschiebung des Stapels der Klemmvorrichtungen als Einheit im Zusammenhang mit der Stange ermöglicht, daß ein Druckteil vorgesehen ist, der die Kraft von jeder Feder auf den Stapel überträgt und daß eine Anschlagsvorrichtung vorgesehen ist, die den Weg jedes Druckteils in Richtung auf den Stapel begrenzt .

6) Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5* dadurch gekennzeichnet, daß der wirksame Widerstand der Feder mit dem

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größeren Elastizitätsmodul den Reibungswiderstand des Stapels überschreitet, jedoch kleiner ist als die Summe des Reibungswiderstands plus der wirksamen Kraft der anderen Feder.

7) Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche J5 bis 6, dadurch gekennzeichnet-, daß sämtliche Klemmkörpervorrichtungen nicht selbst betätigbar sind, wenn sie in die Richtung der Vorspannung gezogen werden und der wirksame Widerstand der Feder mit dem größeren Elastizitätsmodul den Reibungswiderstand des
Stapels in dieser Richtung überschreitet, jedoch kleiner ist als die Summe dieses Reibungswiderstands plus der wirksamen
Kraft der anderen Feder.

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