DE2211919A1

DE2211919A1 - Vorrichtung zur Ausübung eines veränderlichen Drehmoments um die Achse einer Ventilspindel

Info

Publication number: DE2211919A1
Application number: DE19722211919
Authority: DE
Inventors: Raymond Richard James Brighton; Ediss Anthony Gerald Richard Burgess Hill; Wheeler Brian James Partridge Green; Sussex Thatcher (Großbritannien)
Original assignee: Worcester Valve Co Ltd
Current assignee: Worcester Valve Co Ltd
Priority date: 1971-03-11
Filing date: 1972-03-11
Publication date: 1972-09-14
Also published as: FR2129590A5; US3732749A; GB1359556A

Description

PATENTANWÄLTE

DR. I. MAAS
DR. F. VGITHENLEITNER

MÜNCHEN 40
SCKLEISSHclMER Sl R. 299-TEL. 3592201/205

WORCESTER VALVE COMPANY LIMITED Burrell Road, Haywaywards Heath, Sussex, England

Vorrichtung zur Ausübung eines veränderlichen Drehmoments um die Achse einer Ventilspindel

Die Erfindung betrifft Mechanismen für die Betätigung von Flüssigkeitssteuerventilen oder artverwandter Vorrichtungen, wobei ein veränderliches Drehmoment auf das Betätigungselement des Ventils aufgebracht werden kann·

Betätigt man ein Ventil wie, beispielsweise, ein Kugelventil zwischen seiner "Offen-" und "Geschlossen-" Stellung, dann kann zunächst ein großes Anfangsdrehmoment erforderlich sein, um die Innewohnenden Reibungskräfte zu überwinden, wobei sich die Anforderungen an das Drehmoment bei Weiterführung der Bewegung verringern. Es gibt andere Vorrichtungen als Ventile, die artverwandte Probleme aufweisen, wobei die vorliegende Erfindung als auch auf diese anwendbar angesehen wird; z.B₀ ist es

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manchmal erforderlich, Gewindeelemente wie Muttern oder Gewindebolzen aus ihrer festgezogenen Lage zu lösen, die dann, wenn sie einmal aus dieser festgezogenen bzw· angezogenen Stellung gelöst sind, mit geringerem Drehmoment gedreht werden können· In manchen Fällen kann die Erfindung auf solche artverwandten Einrichtungen anwendbar sein·

Gemäß der Erfindung sind Elemente zur Ausübung eines veränderlichen Drehmoments um die Achse eines drehbaren Elementes vorgesehen, beispielsweise einer Spindel mittels eines Hebels, wobei mindestens ein erster Anschlag vorgesehen ist, der stationär und in Abstand von der Achse angeordnet ist, sowie ein bewegbarer Anschlag, der mit der Spindel bzw₀ dem drehbaren Element mitdrehend angeordnet und gegenüber dieser radial versetzt ist. Dabei ist die Anordnung so getroffen, daß dann, wenn sich das drehbare Element in einer begrenzenden Drehstellung befindet, der Hebel, der in einen Richtungssinn gedrängt wird, an dem ersten Anschlag anschlägt, der dann als ein Drehpunkt wirkt und eine anfängliche mechanische Übersetzung aufbringt, um ein Drehmoment auf das drehbare Element auszuüben, während dann, wenn eine gewisse Drehung des Hebels und des drehbaren Elements stattgefunden hat, der Hebel zur Anlage an dem bewegbaren Anschlag kommt, um somit; das drehbare Element direkt um seine Achse zu bewegen, und zwar mit einer abschließenden mechanischen Übersetzung; dabei ist die anfängliche mechanische Übersetzung größer als die abschließende mechanische Übersetzung.

Darüber hinaus können zwei Sets stationärer Anschläge vorgesehen sein, so daß die Vorrichtung in beiden Winkelrichtungen betätigbar ist»

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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann der stationäre Anschlag (dessen Lage einstellbar sein kann, um ausgewählte mechanische Übersetzungen zu ermöglichen) die Form einer nockenartigen, konturierten Oberfläche annehmen, an der der Hebel sich vorzugsweise mittels rollenden Kontaktes abstützt, so daß sich die mechanische Übersetzung mit der Bewegung des Hebels ändern kann, beispielsweise von einem Maximum auf einen geringeren Wert abnehmen kann, wobei der geringere Wert dem geringsten Wert angenähert sein kann, der dann auftritt, wenn der Hebel direkt um die Spindelachse wirktj eine derartige Anordnung kann eine faktisch kontinuierlich fortschreitende Verringerung der Übersetzung gewährleisten. Natürlich kann die Anordnung auch umgekehrt verwendet werden, so daß sich die mechanische Übersetzung mit der Hebelbewegung fortschreitend vergrößert, beispielsweise zum abschließenden Festziehen eines eingeschraubten Ventils oder in verwandten Situationen·

Gemäß der Erfindung ist, mit anderen Worten ausgedrückt, ein Mechanismus zum Drehen einer Welle zwischen einer ersten und einer zweiten Stellung und zur Ausübung' eines veränderlichen Drehmoments auf dieselbe vorgesehen, der einen betätigbaren Hebel aufweist, der, einen Bogen durchlaufend, zwischen einem ersten und einem zweiten Grenzanschlag, die relativ zu der Welle fixiert sind, gedreht werden kann, wobei der Hebel, wenn dieser sich in einer ersten Grenzstellung und die Welle in der ersten Stellung befinden, an einem vorgesehenen festen Drehpunkt zur Anlage kommt und sich um diesen dreht bzw_e verschwenkt, um eine anfängliche mechanische übersetzung zwischen dem Hebel und der Welle aufzubringen; bei der weiteren Bewegung des Hebels vom ersten Grenzanschlag zum andern

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hört der Hebel auf, sich um den festen Drehpunkt zu drehen und dreht sich im Anschluß daran mit der Welle in Richtung auf diezweite Stellung der letzteren, wobei eine abschließende mechanische übersetzung zwischen der Welle und dem Hebel stattfindet; dabei ist die anfängliche mechanische Übersetzung größer als die abschließende mechanische Übersetzung©

Ein Mechanismus, wie er der auf eine Ventilspindel angewandten Erfindung entspricht, wird im folgenden als Beispiel anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigt:

Figur 1 eine Draufsicht auf einen schematisch dargestellten Mechanismus in Anfangstellung, d.h. in einer Stellung, in der das Ventil entweder völlig offen oder völlig geschlossen ist, wobei das Ventil lediglich symbolisch angedeutet ist;

Figur 2 eine der Fig. 1 entsprechende Draufsicht auf den Mechanismus, wobei sich der Betätigungshebel in einer Zwischenstellung befindet;

Figur 3 die gleiche schematische Darstellung des Mechanismus in seiner Endlage, in der das Ventil entweder geschlossen oder vollständig geöffnet ist;

Figur 4 eine Draufsicht auf eine tatsächliche Anordnung gemäß der Erfindung in Anwendung auf eine Ventilspindel;

Figur 5 eine Seitenansicht der Fig. 4. 209838/0920

Die Figuren 1, 2 und 3 sind des besseren Verständnisses der Erfindung halber lediglich in schematischer Form dargestellt.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist ein Arm 1 fest mit der Welle bzw. dem Kugelschaft 2 eines Ventils fest verbundene Der Arm 1 trägt zwei Anschläge 3 und 4, sowie einen betätigbaren Hebel 6, der mittels eines Antriebstiftes 5 drehbar am Arm 1 befestigt und zwischen den Anschlägen 3 und 4 angeordnet ist· Zwei Drehzapfen 7 und sind dem Ventil benachbart und relativ zu diesem fest angeordnet. Alle die Anschläge 3 und 4 und die Zapfen 7 und 8 sind derart angeordnet, daß sie während eines Betätigungszyklus mit dem Hebel 6 in Eingriff kommen.

Die Folge eines Zyklus kann in zwei Teile geteilt sein. Bei Beginn des Zyklus liegt der Hebel 6 am Drehzapfen 7 an (Fig. I)₀ Sodann wird eine Kraft auf den Hebel 6 in einer solchen Richtung ausgeübt, daß der Hebel 6 sich um den Zapfen 7 dreht und dabei den Antriebszapfen 5 in der gleichen Drehrichtung um den Drehzapfen 7 wie die auf den Hebel 6 aufgebrachte Kraft bewegt. Der Antriebszapfen 5 dreht auf diese Weise den Arm 1 und damit den Kugelschaft 2. Diese Wirkung setzt sich fort, bis der Hebel 6 sich genügend weit bewegt hat, um am Anschlag 3 zur Anlage zu kommen, welcher bewirkt, daß die Drehung des Hebels 6 um und seine Anlage am Drehzapfen 7 endete Die Fig. 2 zeigt den Hebel 6 in dieser Wechselstellung.

Der zweite Teil des Zyklus findet statt, wenn fortgesetzt Kraft auf den Hebel 6 ausgeübt wird, die dazu führt, daß der Arm 1 den Hebel 6 für den Rest des Zyklus begleitet. Somit, da sich der Arm 1 dreht, wird die Welle oder der Kugelschaft 2 direkt zur Drehung veranlaßt.

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Der Hebel 6 bildet nun auf diese Weise einen direkten Hebel· Der Zyklus endet, sobald der Hebel 6 am Drehzapfen 8 zur Anlage kommt, der als Anschlag wirkt. Dadurch wird
jede weitere Drehung der Vorrichtung in Richtung der aufgebrachten Kraft verhindert, ebenso eine Drehung des Kugelschaftes 2. Die Fig. 3 zeigt das Ventil in dieser abschließenden Stellung. Das Ventil ist nunmehr geöffnet
oder geschlossen, und zwar in entgegengesetztem Sinn zu
seiner Stellung bei Beginn des Zyklus.

Die Vorrichtung ist nunmehr für den umgekehrten Zyklus
bereit, der in gleicher Weise abläuft wie der erste Zyklus, wobei jedoch der Drehzapfen 8 anstelle des Drehzapfens 7, und der Anschlag 4 anstelle des Anschlags 3 verwendet
wird, um die Drehung zu bewirken. Somit wirkt nunmehr der Zapfen 7 als Anschlagstift· Dieser umgekehrte Zyklus
bringt das Ventil in seine ursprüngliche Stellung zurück, indem auf den Hebel 6 Kraft in umgekehrter Richtung gegenüber der Richtung bei dem anfänglichen Zyklus aufgebracht wird.

Das Eingangsdrehmoment kann durch Änderung der Längen des Hebels 6 oder des Arms 1 verändert werden; oder auch durch Variation der Winkeldrehung entweder eines oder beider
Teile des Zyklus» Diese Winkeldrehung kann durch Veränderung der Stellung der Anschläge 3 und 4 und/oder der Drehzapfen 7 und 8 verändert werden, oder auch durch kombinierte Veränderung dieser Faktoren·

Die Einzelteile sind so angeordnet, daß eine fehlerhafte
Ausrichtung beim Zusammenbau verhindert, und derart befestigt, daß ein Lockern im Betrieb ausgeschlossen wird.

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Wird der Hebel 6 für Handbetätigung verwendet, dann wird er im wesentlichen parallel zur Durchflußrichtung des Ventils angeordnet, wenn dieses weit offen ist, und ferner derart, daß das Ventil bei Drehung des Hebels 6 im Uhrzeigersinn geschlossen wird; die Fig. 4 und 5 zeigen eine derartige Anordnung«

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Fig. 4 und 5 ein Ventilbetätigungsmechanismus als Beispiel dargestellt. Der Mechanismus ist dabei in Anordnung an einem Kugelventil in Offenstellung gezeigt, wobei sich der Hebel 6 in mit der Achse des Ventils ausgefluchteter Stellung befindet. Um das Ventil zu schließen, ist eine Bewegung der Ventilspindel 2 um 9o° im Uhrzeigersinne erforderlich; diese Bewegung wird durch den Hebel 6 sichergestellt, der auf die Spindel 2 mittels des Mechanismus¹ wirkt.

Während die gleiche Drehung für die grundlegenden Komponenten, wie sie oben beschrieben wurden, verwendet wird, sind zwei Drehzapfen 7 und 8 vorgesehen, die fest mit einer Platte Io verbunden sind, die ihrerseits an Verlängerungen oder Schultern 9A des Ventilkörpers 9 mittels Schrauben 11 befestigt ist. In der Platte Io ist ein nicht gezeigtes Loch vorgesehen, durch das sich die Ventilspindel 2 frei erstrecken kann. Die Platte Io ist mittels Abstandshaltern loA korrekt positioniert.

Auf dem quadratischen Schaft der Ventilspindel 2 ist dort, wo er aus der Platte Io hervorsteht, eine stabile Plattform 1 festgeklemmt, deren Ende IC geschlitzt und derart geformt ist, daß sie sich an den Schaft der Spindel 2 anpaßt, wobei sowohl ein Gewindebolzen 15 und eine zugehörige Mutter 16 die nötige Klemmkraft gewährleisten_P An der Plattform 1 sind zwei Anschläge 3 und 4 in der gezeigten

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Stellung angeformt. Ein dem Ende IC der Plattform 1 gegenüberliegendes Ende IB ist mit einem durchgehenden Loch IA versehen, das den runden Teil 5C eines Stifts 5 aufnimmt, der sich drehbar durch das Loch IA erstreckt und in diesem von einer Halteklemme 5A gehalten wird. Der Stift 5 ist ferner mit einem Teil 5B von quadratischem Querschnitt versehen, an dem der Hebel 6 angeklemmt ist, der an seinem Ende 6A in geeigneter Weise geformt und geschlitzt ist; ferner sind ein Gewindebolzen 11 und eine zugehörige Mutter 12 vorgesehen, die die nötige Klemmkraft zwischen Hebel 6 und Stift 5 sicherstellen. Der Hebel 6 ist derart angeordnet, daß er sich um das Loch IA drehen kann, wobei seine bogenförmige Bewegung durch die Anschläge 3 und 4 begrenzt ist.

An den Anschlägen 3 und 4 ist eine weitere Platte 13 derart befestigt, daß der Hebel 6 durch die Platte 13 und die Plattform 1 eingeschlossen ist, jedoch frei ist, sich zwischen deren Anschlägen 3 und 4 zu bewegen. Die Platte 13 trägt auf ihrer äußeren Oberfläche eine farbige Einrichtung 14 zur Anzeige der Stellung und des Zustands des Ventils.

Im Betrieb wird zwecks Schließens des Ventils der Hebel 6 im Uhrzeigersinne bewegt, wobei er sich um den Zapfen 7 dreht und dementsprechend die Plattform 1 und die Spindel 2 zwingt, sich ebenfalls im Uhrzeigersinne zu drehen, jedoch mit einer verringerten Winkelgeschwindigkeit relativ zum Hebel 6. Sobald der ^üebel 6 den Anschlag 3 berührt, verläßt er den Drehzapfen 7, so daß sich die Plattform 1 und die Spindel 2 nunmehr mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit drehen wie der Hebel 6, bis der Hebel 6 am Drehzapfen 8 zur Anlage kommt, der, in dieser Drehrichtung, als ein Anschlag wirkt, der die Geschlossenstellung definierte

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Um das Ventil zu öffnen, wird der Hebel 6 nunmehr entgegengesetzt dem Uhrzeigersinne bewegt, wobei er sich am Drehzapfen 8 abstützt, der nunmehr als Drehpunkt wirkt; das Ventil schließt sich nun in der gleichen Weise wie es sich öffnete, jedoch im entgegengesetzten Richtungssinne·

Obgleich vorstehend direkter Bezug auf Ventile als Beispiel genommen wurde, kann der Mechanismus nach der Erfindung auch auf andere Einrichtungen angewandt werden, beispielsweise auf eine Maschine zur Herstellung von
Schraubengewinden, bei der ein hohes anfängliches Drehmoment zu überwinden ist₀

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Claims

- Io -

Patentansprüche

1·\ Vorrichtung zur Ausübung eines veränderlichen Drehmoments um die Achse einer Ventilspindel od.dgl. mit einem Hebel zum Drehen dieser Spindel, gekennzeichnet durch mindestens einen ersten, stationär und radial in Abstand von der Achse angeordneten Anschlag (7 bzw. 8), mindestens einen bewegbaren Anschlag (3 bzw» 4), der mit der Spindel (2) mitdrehend angeordnet und gegenüber dieser radial versetzt ist, einen mit der Spindel mitdrehend angeordneten und ebenfalls von dieser radial versetzten Drehzapfen (5), und einen zur Drehbewegung um den Drehzapfen anmontierten Hebel (6), derart, daß dann, wenn sich der Hebel in der einen Endstellung befindet, der in die eine Richtung gezwungene Hebel an dem ersten Anschlag zur Anlage kommt, der dann als ein Drehpunkt wirkt, so daß über den Drehzapfen ein Drehmoment mit einer anfänglichen mechanischen Übersetzung auf die Spindel ausgeübt wird, während dann, wenn der Hebel und die Spindel sich etwas verdreht haben, der Hebel an dem bewegbaren Anschlag zur Anlage koouat, um die Spindel direkt mit einer abschließenden mechanischen Übersetzung zu drehen, wobei die anfängliche mechanische Übersetzung größer ist als die abschliessende mechanische übersetzung·
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Drehzapfen (5) und der bewegbare Anschlag (3 bzw. 4) von einem Element (1) getragen sind, das an der Spindel (2) zwecks Drehung mit dieser befestigt ist. 209838/0920
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der erste Anschlag (7 bzw₀ 8) von einem weiteren, fest mit dem Ventilkörper verbundenen Element getragen ist,
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß der erste Anschlag (7 bzw«, 8) derart geformt ist, daß die Berührungsstelle zwischen dem Hebel (6) und dem ersten Anschlag wandert, wenn sich der Hebel zur Ausübung eines variierenden anfänglichen Drehmoments bewegt.

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