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Der Vorteil dieses motorischen Stellantriebes liegt,
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abgesehen von der schubkraftabhängigen Endlagenabschaltung, insbesondere
darin, daß auch bei sehr kleinem Bewegungsweg des auswandernden Teiles ein praktisch
beliebig großer Betätigungsweg für den Endschalter vorgesehen werden kann, wobei
außerdem eine preisgünstige und platzsparenden Herstellung möglich ist.
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Bei einem ähnlichen aus der deutschen Auslegeschrift 1 928 404 bekannten
Motorventilantrieb mit schubkraftabhängiger Endstellungsabschaltung ist der auswandernde
Teil ebenfalls eine mit dem Antriebszahnrad starr verbundene Spindelmutter. Die
Spindelmutter ist hierbei über das Gehäuse des Stellantriebes hinaus verlängert;
sie trägt eine Umfangsrille, in die eine Schaltwippe für den Betätigungsmechanismus
der Endschalter eingreift. Auch dieser Motorventilantrieb ist mit zwei durch Abstandsbolzen
im festen vorbestimmten Abstand zueinander gehaltenen Tellerscheiben versehen, die
bezüglich des Antriebszahnrades axial verschieblich gelagert sind. Außerdem ist
die Spindelmutter mit zwei, in dem Gehäuse sitzenden Lagern gelagert.
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Der Betätigungsweg für die Endschalter ist bei diesem Motorventilantrieb
unmittelbar durch die Auswanderungsbewegung der Spindelmutter gegeben; er kann deshalb
nicht beliebig groß gemacht werden.
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Sowohl dem motorischen Stellantrieb nach dem Hauptpatent wie auch
dem bekannten Motorventilantrieb ist gemeinsam, daß das zweischalig ausgebildete
Gehäuse die gesamten, bei der Auswanderungsbewegung des auswandernden Teiles auftretenden
Axialkräfte aufnehmen muß. Dadurch ist eine verhältnismäßig schwere Gehäusekonstruktion
bedingt, während andererseits zwei Lager zur Lagerung der Spindelmutter unerläßlich
sind, was gemeinsam mit der dem Antriebszahnrad zugeordneten Abstandsbolzen aufweisenden
Tellerscheibenkonstruktion einen gewissen Platzbedarf mit sich bringt.
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Der Zusatzerfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, den Stellantrieb
nach dem Hauptpatent in dem Sinne weiterzubilden, daß unter Beibehaltung seiner
Vorteile sich eine preisgünstigere Herstellungsmöglichkeit bei verringertem Platzbedarf
ergibt.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist der Stellantrieb gemäß der Erfindung
dadurch gekennzeichnet, daß der auswandernde Teil drehfest und axial um einen vorbestimmten
kleinen Betrag relativ verschieblich mit einer koaxialen, in dem Gehäuse drehbar
und begrenzt axial verschieblich gelagerten Hohlwelle gekuppelt ist, die zwei Widerlager
trägt, über welche sie in der einen Richtung gegen das Gehäuse und in der anderen
Richtung über eine Feder gegen das in dieser Richtung axial abgestützte Antriebszahnrad
abstützbar ist, welches mit der Hohlwelle drehfest und axial verschieblich verbunden
ist und daß bei der Auswanderung des auswandernden Teiles in der einen Richtung
die Hohlwelle unter Mitnahme der Nockenscheibe auf das axial abgestützte Antriebszahnrad
zu bewegbar und bei der Auswanderung des auswandernden Teiles in der anderen Richtung
das Antriebszahnrad auf die durch die Hohlwelle axial abgestützte Nockenscheibe
zu mitnehmbar ist.
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Durch den Wegfall der durch Abstandsbolzen im festen Abstand voneinander
gehaltenen Tellerscheiben der Stellvorrichtung nach dem Hauptpatent ergibt sich
eine wesentliche Vereinfachung und Platzersparnis. Außerdem kann die Gehäuseabdeckung
von der Aufnahme von Stütz- oder Führungskräften
des auswandernden Teiles vollständig
freigehalten werden, so daß sich eine sehr leichte Gehäusekonstruktion ergibt. Darüber
hinaus muß zur Aufnahme der Zug- und Druckkräfte bei der Auswanderungsbewegung des
auswandernden Teiles lediglich ein Lager vorgesehen werden, das sich in besonders
platzsparender Weise unterbringen läßt.
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Die Hohlwelle ist in dem Gehäuse mit Vorteil durch ein Lager in der
einen Richtung axial abstützbar, das bei einer bevorzugten Ausführungsform ein die
Hohlwelle radial lagerndes Kugellager ist, gegen dessen Innenring auf der einen
Seite eines der Widerlager der Hohlwelle abstützbar und auf der anderen Seite das
Antriebszahnrad anpreßbar ist. Das Kugellager kann hierbei in einem topfförmigen
Ansatz des Gehäuses axial unverschieblich angeordnet sein.
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Während bei der Stellvorrichtung nach dem Hauptpatent die die den
auswandernden Teil bildende Spindelmutter abstützenden beiden Kugellager jeweils
in Gehäuseschalen gelagert sind, so daß die an der Gewindespindel auftretenden Schubkräfte
auch von den beiden Gehäuseschalen aufgenommen werden müssen - was eine entsprechend
kräftige Konstruktion bedingt - ist bei dem neuen Stellantrieb eine solche Ausbildung
des Gehäuses mit zwei schubkraftaufnehmenden Gehäuseschalen nicht erforderlich.
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Die Hohlwelle weist zweckmäßigerweise an ihrem freien Ende einen
Längsschlitz auf, in den wenigstens ein an dem Antriebszahnrad angeordneter Nocken
eingreift. Der auswandernde Teil selbst, beispielsweise eine mit einer drehfest
gehaltenen Gewindespindel zusammenwirkende zylindrische Spindelmutter kann in der
Hohlwelle angeordnet und mit seiner Stirnseite gegen den Nocken des Antriebszahnrades
anpreßbar sein.
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Grundsätzlich wäre es aber auch denkbar, die Verhältnisse umzukehren
und als auswandernden Teil beispielsweise eine Gewindespindel zu benutzen, während
die zugeordnete Spindelmutter, die mit dem Ventilverschlußkörper verbunden ist,
drehfest gehalten ist. Grundsätzlich wäre es auch möglich, an Stelle eines solchen
Bewegungsgewindes allgemein ein Bewegungsgetriebe vorzusehen, beispielsweise in
Gestalt eines Schneckengetriebes, um nur eine Möglichkeit zu erwähnen.
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Die Feder ist vorteilhafterweise eine zwischen dem Antriebszahnrad
und dem die Nockenscheibe abstützenden Widerlager angeordnete, vorgespannte Tellerfeder.
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Im Gegensatz zu der eingangs genannten Stellvorrichtung nach dem
Hauptpatent, wo das Antriebszahnrad und damit der auswandernde Teil durch zwei Tellerfedern
abgestützt ist, von denen jede einer Auswanderungsrichtung zugeordnet ist, ist bei
der neuen Stellvorrichtung lediglich eine solche Feder erforderlich. Dies bringt
den Vorteil mit sich, daß in beiden Auswanderungsrichtungen die gleiche Federcharakteristik
zur Wirkung kommt, so daß auch die Endlagenabschaltung bei genau dem gleichen Schubkraftgrenzwert
erfolgt. Es entfällt damit die bei dem Stellantrieb gemäß dem Hauptpatent erforderliche
Abstimmung der Federcharakteristiken der beiden dort verwendeten Tellerfedern.
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Die Nockenscheibe ist hierbei zweckmäßigerweise glockenförmig ausgebildet,
wobei sie mit ihrer Berandung die Tellerfeder übergreifend gegen das Antriebszahnrad
anpreßbar ist.
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Schließlich kann der auswandernde Teil über ein mit der Hohlwelle
verbundenes Kupplungsstück gekuppelt sein, mit dem der auswandernde Teil begrenzt
axial verschieblich und drehfest verbunden ist.
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Praktisch kann dies derart ausgeführt sein, daß der auswandernde Teil
mit einem angeformten Teil, beispielsweise einem Sechskantkopf, formschlüssig mit
dem Kupplungsstück verbunden ist.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der
Erfindung dargestellt; Es zeigt F i g. 1 einen Stellantrieb gemäß der Erfindung
in einer Seitenansicht bei schematisch im axialen Schnitt dargestelltem zugeordnetem
Ventilgehäuse, Fig. 2 den Stellantrieb nach Fig. 1 im axialen Schnitt in einer Seitenansicht,
F i g. 3 den Stellantrieb nach F i g. 2 geschnitten längs der Linie III-III der
F i g. 2 in der Draufsicht, Fig.4 den Stellantrieb nach Fig.2 geschnitten längs
der Linie IV-IV der F i g. 2 in der Draufsicht in einer Teildarstellung unter Weglassung
des Gehäuses und einiger Einzelteile, F i g. 5 den Stellantrieb nach F i g. 2 geschnitten
längs der Linie V-V in der Draufsicht in einer Teildarstellung unter Weglassung
des Gehäuses und einiger Einzelteile und F i g. 6 den Stellantrieb nach F i g. 1
in der Draufsicht bei abgenommener Gehäusehaube.
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In F i g. 1 ist der erfindungsgemäße Stellantrieb in der Zuordnung
zu einem Ventil 1 dargestellt, dessen Verschlußstück bei 2 veranschaulicht ist.
Das Ventilverschlußstück2 ist an einer Gewindespindel 3 befestigt, die durch eine
Spindelmutter 5 axial verstellbar ist. Mit der Gewindespindel 3 ist eine Verdrehsicherung
6 verbunden, welche sich gegen eine Säule7 abstützt, die zusammen mit einer entsprechenden
Säule 8 ein den Stellenantrieb enthaltendes Gehäuse 9 trägt.
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Die Spindelmutter 5 ist drehfest mit einem eine gerade Stirnverzahnung
aufweisenden Antriebszahnrad 10 verbunden, welches über ein in dem Gehäuse 9 drehbar
gelagertes Zwischenzahnrad 11 sowie ein mit diesem verbundenes Zahnrad 12 von dem
Ritzel 13 eines bei 14 angedeuteten Motors in Umdrehung versetzt werden kann. Das
Zahnradll weist eine solche axiale Länge auf, daß das Antriebszahnrad 10 um einen
bestimmten Weg axial verschoben werden kann, ohne daß die Zahnräder 10, 11 außer
Eingriff kommen.
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Die zylindrische Spindelmutter 5, die den auswandernden Teil bildet,
ist um einen kleinen vorbestimmten Betrag axial relativ verschieblich in einer konzentrischen
Hohlwelle 50 geführt, mit der sie drehfest gekuppelt ist. Die Hohlwelle 50 ist ihrerseits
mittels eines Kugellagers 51 in einem topfförmigen Ansatz 52 des Gehäuses 9 drehbar
und begrenzt axial verschieblich gelagert. Das Kugellager 51 ist in dem Gehäuseansatz
52 mittels eines in eine entsprechende Nut eingefügten Federringes 53 sowie mittels
einer angeformten Lagerschulter 54 axial unverschieblich gehalten.
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Die Hohlwelle 50 trägt zwei Widerlager55, 56, die zwei in entsprechende
Nuten eingesetzte Federringe sind und von denen das eine Widerlager 55 in der in
F i g. 2 dargestellten Stellung gegen die Unterseite des Kugellagerinnenringes 51
a angepreßt ist, so daß die Hohlwelle 50 in einer Richtung axial abgestützt ist.
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In der anderen Richtung ist die Hohlwelle 50 über
das zweite Widerlager
56 sowie über einen auf die Hohlwelle 50 aufgesetzten Zwischenring 57 gegen eine
vorgespannte Tellerfeder 58 abgestützt, die ihrerseits auf der Stirnfläche des Antriebszahnrades
10 aufliegt, welches in dem Bereich zwischen den beiden Widerlagern 55, 56 auf die
Hohlwelle 50 aufgesetzt ist.
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Die Hohlwelle 50 ist an ihrem dem Widerlager 56 zugewandten freien
Ende mit einem Längsschlitz 58 ausgebildet, in welchen zwei an dem Antriebszahnrad
10 einstückig angeformte Nocken 59 ragen, die eine drehfeste aber axial verschiebliche
Kupplung zwischen der Hohlwelle 50 und dem Antriebszahnrad 10 herstellen. Das Antriebszahnrad
10 wird hierbei mit einem Nabenteil 60 von der Tellerfeder 58 normalerweise gegen
den Innenring 51 a des Kugellagers 51 auf der dem ersten Widerlager 55 abgewandten
Seite angepreßt. Die Nocken 59 ragen so weit nach innen in den Hohlraum der Hohlwelle
50 hinein, daß sie mit der Stirnfläche 61 der Spindelmutter 5 zusammenwirken können.
Der Längsschlitz 58 weist andererseits eine solche Tiefe auf, daß der Schlitzboden
62 bei der in F i g. 2 dargestellten Normalstellung, in der der Nabenteil 60 des
Antriebszahnrades 10 auf dem Innenring 5da des Kugellagers 51 aufsitzt, um einen
geringen Betrag unterhalb der Nocken 59 steht.
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Auf die Zwischenscheibe 57 ist ein Betätigungsglied in Gestalt einer
glockenförmig ausgebildeten Nockenscheibe 63 aufgesetzt, die mit ihrer Berandung64
die Tellerfeder 58 übergreifend gegen das Antriebszahnrad 10 abstützbar ist.
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Mit der Hohlwelle 50 ist unterhalb des Gehäuseansatzes 52 ein zweiteiliges
Kupplungsstück 66 verklemmt, das axial durch einen in eine entsprechende Ringnut
der Hohlwelle 50 eingefügten Federring 67, welcher in eine entsprechende Nut 68
des Kupplungsstückes 66 eingreift, gesichert ist. Die beiden Teile des Kupplungsstückes
66 sind in der insbesondere aus F i g. 3 ersichtlichen Weise durch zwei Schrauben
69 miteinander verbunden und mit der Hohlwelle 50 verklemmt.
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Die Spindelmutter 5 trägt an ihrem unteren freien Ende (F i g. 2)
einen angeformten Teil in Gestalt eines Sechskantkopfes 70, der in eine entsprechend
profilierte Ausnehmung 71 des Kupplungsstückes 66 formschlüssig eingefügt ist. Die
axiale Höhe der Ausnehmung 71 des Kupplungsstückes 66 ist derart gewählt, daß der
Sechskantkopf 70 und damit die Spindelmutter 5 eine axiale Relativbewegung vorbestimmter
Größe gegenüber der Hohlwelle 50 ausführen können.
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Neben dem Antriebszahnrad 10 ist in dem Gehäuse 9 eine Welle 28 drehbar
gelagert, die bei 29 über einen auf das schalenartig ausgebildete Gehäuse 9 aufgesetzten
Gehäuseteil 9 a vorragt und mit einem Betätigungsarm 30 verbunden ist, der bei entsprechender
Verdrehung der Welle 28 mit einem Mikroschalter 31 oder einem Mikroschalter 32 in
Eingriff kommen kann, wie dies aus Fig. 6 zu ersehen ist. Die Welle 28 wird im übrigen
von einer endseitig an dem Gehäuseteil 9 a verankerten Feder 33 elastisch in der
Mittellage zwischen den beiden Schaltern 31, 32 gehalten. Zu diesem Zwecke ist an
dem Wellenende 29 ein weiterer Arm 34 vorgesehen, der mit der Feder 33 in der aus
F i g. 6 ersichtlichen Weise gekuppelt ist.
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Die Verdrehung der Welle28 erfolgt über einen
Betätigungshebel
in Gestalt einer an der Welle 28 befestigten einseitig vorragenden Platte 35, welche
auf der dem Antriebszahnrad 10 zugewandten Seite einen Arm 36 aufweist, welcher
mit der Nockenscheibe 63 in der aus F i g. 5 ersichtlichen Weise zusammenwirkt.
Die Nockenscheibe 63 weist zu diesem Zwecke zwei in einem Winkelabstand von etwa
900 stehende Betätigungsschultern 63 a auf, die bei entsprechender Verdrehung der
Nockenscheibe 63 an dem Betätigungsarm 36 in der einen oder anderen Drehrichtung
in Anlage kommen können, um den Betätigungsarm 36 in der einen oder anderen Richtung
zu verschwenken.
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Der Stellantrieb arbeitet wie folgt: Die Normalstellung des Stellantriebes
ist in Fig.2 dargestellt. Übersteigt die an der Gewindespindel 3 angreifende Schubkraft,
beispielsweise beim Auflaufen des Ventilverschlußstückes 2 auf den Ventilsitz, die
Vorspannung der Tellerfeder 58, so wird die Spindelmutter 5, bezogen auf F i g.
2, nach oben bewegt, d. h., sie beginnt in der einen Richtung auszuwandern. Bei
dieser nach oben gerichteten Auswanderungsbewegung kommt nach Überwindung des vorhandenen
Spieles die Stirnfläche 61 der Gewindemutter 5, die wegen der, wie erwähnt, entsprechend
hohen Ausnehmung 71 des Kupplungsstückes 66 relativ zu der Hohlwelle 50 axial verschieblich
ist, an der Unterseite der Nocken 59 des Antriebszahnrades 10 zur Anlage. Im weiteren
Verlauf der Auswanderungsbewegung wird deshalb das Antriebszahnrad 10 mit seinem
Nabenteil 60 von dem Innenring 61 a des Kugellagers 51 abgehoben, wobei die Hohlwelle
50 durch das untere, erste Widerlager55, das sich an dem Innenring 51 a des Lagers
51 abstützt, selbst axial abgestützt ist, so daß die Hohlwelle 50 sich nicht mitbewegen
kann. Es wird deshalb das Antriebszahnrad 10 auf die über den Zwischenring57 und
das Widerlager 56 in Achsrichtung formschlüssig mit der Hohlwelle 50 verbundene
Nockenscheibe 63 zu bewegt, bis das Antriebszahnrad 10 mit einer solchen Kraft gegen
die Berandung 64 der Nockenscheibe 63 angedrückt ist, daß diese reibschlüssig mitgenommen
wird.
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Die reibschlüssige Mitnahme der Nockesscheibe 63 hat zur Folge, daß
die dem jeweiligen Drehsinn entsprechende Betätigungsschulter 63 a der Nockenscheibe
63 (Fig.5) an dem Betätigungsarm 36 zur Anlage kommt und dieser unter gleichzeitiger
Verdrehung der Welle 28 verschwenkt wird, womit der
zugeordnete Mikroschalter 31
bzw. 32 über den Betätigungsarm30 betätigt wird, so daß der Antriebsmotor 14 ausgeschaltet
und damit der Stellantrieb abgeschaltet wird.
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Wirkt ausgehend von der in F i g. 2 dargestellten Normalstellung
auf die Gewindespindel 3 eine die Vorspannung der Tellerfeder 56 übersteigende Schubkraft
in der anderen Richtung, beispielsweise weil das Ventilverschlußstück 2 an die obere,
den Hub begrenzende Gehäusewandung des Ventils 1 anläuft, so wird die Spindelmutter
5 - bezogen auf F i g. 2 nach unten gezogen. Hierbei nimmt sie wegen des Federringes
67 und der speziellen bereits beschriebenen Gestaltung des Kupplungsstückes 66 die
Hohlwelle 50 nach unten mit, so daß sich deren unteres Widerlager 55 von dem Innenring
51 a des Lagers 51 abzuheben beginnt. Da das Antriebszahnrad 10 über seinen Nabenteil
60 bei einer Axialbewegung in dieser Richtung axial abgestützt ist und die Nockenscheibe
63 über den Zwischenring57 durch das andere Widerlager 56 bei der nach unten gerichteten
Auswanderungsbewegung der Gewindemutter 5 und der Hohlwelle 50 mitgenommen wird,
wird die Nockenscheibe 63 auf das Antriebszahnrad 10 zubewegt, bis die Berandung
64 der Nockenscheibe 63 auf dem Antriebszahnrad 10 mit der eine reibschlüssige Kupplung
zwischen den beiden Teilen ergebenden Kraft aufgepreßt wird.
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Damit wird die Nockenscheibe 63 wiederum von dem Antriebszahnrad
10 mitgenommen und so weit verdreht, bis die diesem Drehsinn zugeordnete Betätigungsschulter
63 a der Nockenscheibe 63 den Betätigungsarm 36 unter entsprechender Verdrehung
der Welle 28 so weit verschwenkt, daß der zugeordnete Mikroschalter 32 bzw. 31 betätigt
wird, womit der Antrieb wiederum stillgesetzt wird.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Hohlwelle 50 mit
dem Antriebszahnrad 10 mittels des Längsschlitzes 58 und der Nocken 59 gekuppelt.
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Selbstverständlich sind für diese formschlüssige Kupplung zwischen
den beiden Elementen auch andere Ausführungsformen, etwa in Gestalt einerKeilverzahnung
od. dgl. denkbar. In ähnlicher Weise kann auch das Kupplungsstück 66 unterschiedlich
ausgebildet sein; es muß lediglich sichergestellt sein, daß es die beschriebene
Funktion der drehfesten, aber um einen vorbestimmten Betrag axial relativ verschieblichen
Kupplung zwischen der Hohlwelle 50 und der Gewindemutter 5 erfüllt.