DE2263058A1

DE2263058A1 - Stopfbuechsloser antrieb, insbesondere fuer armaturen

Info

Publication number: DE2263058A1
Application number: DE2263058A
Authority: DE
Inventors: Hans E Fichtner
Original assignee: KLAUS UNION ARMATUREN
Current assignee: KLAUS UNION ARMATUREN
Priority date: 1972-12-22
Filing date: 1972-12-22
Publication date: 1974-06-27
Also published as: CH566506A5; JPS505927A; US3908959A; GB1449028A; FR2211793A1; NL7316418A

Description

Patentanwalt Dipl.-lng. Dr. jur. JOACHIM G. SANDMANN

8 München 22 Steinsdorfstraße 21 ♦ - Telefon (0811) 29 38 71

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Beschreibung

j Firma Klaus/Union^ Bochum

betreffend
stopfbüchsloser Antrieb, insbesondere für Armaturen.

Die Erfindung betrifft einen stopfbüchslosen Antrieb, insbesondere für Armaturen, mit einer Antriebswelle und einem angetriebenen Teil, das in einem hermetisch abgeschlossenen Gehäuse angeordnet ist.

Ein solcher Antrieb, der die Schwierigkeiten vermeidet, die sich bei Stopfbüchsen aus dem Mangel an absoluter Dichtheit ergeben, ist auch für Armaturen bereits bekannt. Dabei ragt die Antriebswelle in das Gehäuse hinein, und diese zwei relativ zueinander bewegbaren Teile sind je nach der zu betätigenden Armatur durch einen Längenänderungen ausgleichenden Faltenbalg (Schieber, Ventil) oder durch eine auf.Torsion beanspruchbare Drehmanschette (Hahn) miteinander verbunden und dadurch abgedichtet. Solche Faltenbälge und Drehmanschetten, die aus einem speziellen flexiblen Werkstoff hergestellt sind und dementsprechend bruchgefährdet sind, werden bei jedem Öffnungs- bzw. Schließvorgang stark beansprucht und besitzen daher eine nur geringe Lebensdauer. Außerdem können im Einzelfall solche Abmessungen erforderlich, werden, daß auch bereits die Herstellung in Frage gestellt ist. Beispielsweise ergibt sich bei Schiebern eine der Nennweite entsprechende Relativbewegung zwischen der Betätigurigsspindel und dem Aufsatzge-

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häuse, so daß große Nennweiten zu unerwünscht großen FaItenbalgabmessungen führen. Da der Faltenbalg ferner erst oberhalb des Schiebergehäuses zum Aufnehmen des Absperrorgans in der Öffnungsstellung angeordnet werden kann, ergibt sich beim bekannten Antrieb ein überdimensionierter Aufbau, der sich vielfach mit den räumlichen Gegebenheiten nicht in Einklang bringen läßt.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen stopfbüchslosen Antrieb zu schaffen, der auch noch nach langer Lebensdauer störungsfrei arbeitet, eine kompakte und nicht sperrige Anordnung ermöglicht sowie für die Ausführung verschiedenartiger Bewegungsvorgänge verwendbar ist.

Diese Aufgabe wird, ausgehend von einem Antrieb der eingangs genannten Art, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Gehäuse durch einen Spalttopf hermetisch abgeschlossen ist, der einen Rotor umschließt, der mit einem auf der Außenseite des Spalttopfes angeordneten Treiber oder Stator magnetisch oder durch ein 1 elektrisch induziertes Feld gekoppelt ist und über ein im Gehäuse angeordnetes Getriebe in mechanischer'Antriebsverbindung mit dem angetriebenen Teil steht.

Bei SpaItrohrpumpen ist bereits die Anordnung eines Spalttopfes bekannt, der den direkt und ohne Wellenabdichtung mit dem Läufer verbundenen Rotor vom Stator trennt und das Medium am Austreten hindert. Hier handelt es sich jedoch um einen Rotationsantrieb, der für die bei Armaturen auszuführenden begrenzten Öffnungs- bzw. Schließvorgänge oder sonstige Antriebsbewegungen nicht geeignet ist.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung wird eine Abdichtung erreicht, die keinen betriebsbedingten Beanspruchungen ausgesetzt ist und daher auch nach langer Betriebszeit die erforderliche Dichtheit gewährleistet. Das eingeschaltete Getriebe bietet die Möglichkeit, die Drehbewegung des Rotors

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in der erforderlichen Weise umzuwandeln und dabei den Rotor in der konstruktiv und räumlich zweckmäßigsten "Weise gegenüber dem anzutreibenden Teil anzuordnen, so daß der Antrieb nicht in übermäßigem Maße beispielsweise in vertikaler Richtung vorspringt. Da bei entsprechender Ausbildung des Getriebes verschiedenartige Bewegungsvorgänge innerhalb des hermetisch abgeschlossenen Gehäuses hervorgerufen werden können, ist der erfindungsgemäße Antrieb universal verwendbar.

Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform sind ein Treiber und ein Rotor vorgesehen, die jeweils mit Dauermagneten bestückt sind. Es ergibt sich dann eine besonders einfache Einheit ohne jegliche Stromzuführung, wobei dem Treiber ein Antriebsmotor und/oder eine Handbetätigung zugeordnet werden kann.

Bei einer Weiterbildung, die sich insbesondere im Falle eines in Längsrichtung zu bewegenden angetriebenen Teils empfiehlt, ist der Rotor mit gegenüber dem angetriebenen Teil versetzter, Achse angeordnet. Dabei ist nicht nur eine parallele Anordnung sondern beispielsweise bei Verwendung eines Schneckengetriebes auch eine Anordnung unter einem rechten Winkel möglich« Es ist ersichtlich, daß dem Antrieb auf diese Weise eine zweckmäßige Raumform gegeben werden kann.

Vorteilhafterweise umfaßt das Getriebe ein Untersetzungsgetriebe. Auf diese Weise läßt sich die auf das angetriebene Teil aufzubringende Kraft erhöhen und die Bewegung verlangsamen, was für das Verbringen des angetriebenen Teils in eine vorbestimmte Stellung von'Bedeutung sein kann.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung umfaßt das Getriebe zwei konzentrisch gelagerte Drehteile, zwischen denen zwei mit unterschiedlichem Achsabstand angeordnete Mitnehmerverbindungen für die eine bzw. andere Drehrichtung vorgesehen sind. Auf diese Weise wird je nach Drehrichtung ein unterschiedliches Drehmoment übertragen, so daß dem Umstand Rech-

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nung getragen werden kann, daß beispielsweise bei einem Schieber eine im Vergleich zur Schließkraft erhöhte Öffnungskraft erforderlich ist.

Bei einer anderen Weiterbildung ist innerhalb des hermetisch abgeschlossenen Gehäuses ein mit dem angetriebenen Teil bewegbarer Signalmagnet vorgesehen, dem auf der Außenseite des Gehäuses mindestens ein magnetisch oder induktiv beeinflußbares Schaltorgan zugeordnet ist. So läßt sich auch bei Verwendung eines Antriebsmotors auf einfache Weise das angetriebene Teil in eine genau vorgegebene Stellung bewegen.

Bei der letztgenannten Ausführungsform kann das Schaltorgan ein Haltemagnet zur Begrenzung der Bewegbarkeit des angetriebenen Teils sein. Darüber hinaus kann der Haltemagnet in Bewegungsrichtung des Signalmagneten verstellbar sein, insbesondere mittels eines Stellmotors. In diesem Falle kann das angetriebene Teil in vorgebbaren Zwischenstellungen angehalten werden, so daß im Falle der Verwendung des Antriebs bei Armaturen die Durchflußmenge gesteuert werden kann, und zwar ohne Schwierigkeiten auch mittels Fernsteuerung.

Alternativ kann das Schaltorgan einen Folgemagneten umfassen, der mit dem Signalmagneten entlang einem Potentiometer zur Steuerung des Antriebs wandert. Auf diese Weise läßt sich die jeweilige Stellung des angetriebenen Teils anzeigen und der Antrieb in gewünschter Weise ein- oder ausschalten, und zwar ggf. wiederum im Wege der Fernsteuerung.

Ferner ist es bei Verwendung eines elektrischen Antriebsmotors, insbesondere eines Verschiebeankermotors, möglich, daß der Signalmagnet den Motor durch induktive Beeinflußung ein- oder ausschaltet. Hier ist also eine direkte Rückkopplung vom angetriebenen Teil zum Antriebsmotor vorgesehen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von schematischen Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

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Fig. 1 zeigt im Vertikalschnitt den Antrieb in Anwendung bei einem Schieber; .

Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt aus Fig. 1 in vergrößertem Maßstab;

Fig. 3, 4 und 5 zeigen in Vertikalschnitten abgewandelte Einzelheiten betreffend die Stellungssteuerung des angetriebenen Teils mit Hilfe eines Signalmagneten.

Gemäß Fig. 1 ist ein Schieber 1 vorgesehen, dessen Gehäuse 2 mit Flanschen 3> ^ ^zum Einflanschen in eine Rohrleitung versehen ist. das Gehäuse 2 ist ferner mit einem sich nach oben öffnenden Ansatz 5 versehen, mit dem ein Gehäuseaufsatz 6 abdichtend verflanscht ist. Das Absperrorgan 7 des Schiebers 1, das in bekannter Weise mittels einer in Längsrichtung bewegbaren Schraubspindel 8 verlagert wird, ist in der Schließ- · stellung gezeichnet und wird in der Öffnungsstellung unter vollständiger Freigabe des Durchflusses vom Ansatz 5 und dem Gehäuseaufsatz 6 aufgenommen.

Die Schraubspindel 8 wird wahlweise mit Hilfe eines Elektromotors 9 oder eines auf die nach außen ragende Motorwelle aufgekeilten Handrades 10 angetrieben. Wie deutlicher aus Fig. 2 zu ersehen ist, ragt das abwärts weisende Wellenende 11 des Motors 9 durch eine Abschlußplatte 12, die unter Zwischenfügung eines Ringes 13 mit einem becherförmigen Gehäuseteil 14 verbunden ist, das unter Zwischenfügung eines Einspannrings 15 mit dem erweiterten oberen Ende des Gehäuseaufsatzes verspannt ist. Dabei ist der Einspannring 15 in. eine kreisrunde Öffnung an der Oberseite des Gehäuses eingesetzt, die dadurch nach außen hermetisch abgeschlossen ist, daß mit dem Einspannring 15 ein aufragendes dünnes zylinderisches Spaltrohr 16 verbunden ist, das an seiner Oberseite

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unter Bildung eines Spalttopfes 17 durch eine Deckelplatte abgeschlossen ist.

Mit dem unteren Ende 11 der Antriebswelle ist eine Hülse 19 verkeilt, auf die ein Kugellager 20 aufgeschoben und mittels einer gesicherten Mutter 21 festgelegt ist. Der äußere Laufring des Kugellagers 20 ist in eine zentrale Bohrung am oberen Ende des Gehäuseteils 1^ eingesetzt. Mit der Hülse 19 ist ein etwa topfförraiger Treiber 22 verkeilt, der durch einen Federring in axialer Richtung festgelegt ist und das erforderliche Laufspiel gegenüber dem Gehäuseteil Ik und dem Spalttopf 17 aufweist. Der Treiber 22 ist an seinem Innenumfang mit Permanentmagneten 23 versehen, die sich radial einwärts nahe an das Spaltrohr 16 erstrecken.

Im Spalttopf 17 ist ein Rotor 2k angeordnet, der mit den Dauermagneten 23 auf der anderen Seite des Spaltrohrs 16 gegenüberliegenden Magneten bestückt ist, so daß eine das Spaltrohr durchsetzende magnetische Antriebsverbindung zwischen dem Treiber 22 und dem Rotor 2k vorhanden ist. Der Ro~tor 2k ist auf einem von der Deckelplatte 18 nach unten ragenden Lagerteil gelagert und besitzt einen abwärts weisenden zentralen Zapfen 27> auf dem ein Laufring 28 mit konischer Lauffläche angeordnet ist, der über einen entsprechend geformten Lagerring 29 und einen Zwischenring JO am Einspannring 15 abgestützt ist.

Mit Hilfe eines Schraubbolzens 31 und einer Mutter32 ist mit dem Zapfen 27 ein Ritzel 33 verspannt, das mit einem Drehsicherungsstift 3k versehen ist. Das Ritzel 33 is* Teil eines Getriebes 35» das zwischen dem Rotor 2k und der angetriebenen Schraubspindel 8 angeordnet ist. Das Getriebe 35 umfaßt ein mit dem Ritzel 33 kämmendes Zahnrad 36, das mittels zweier Kugellager 37 und 38 auf einer Hülse 39 gelagert ist. Diese Hülse 39 ist ihrerseits mittels zweier Kugellager kO und 41 in einem sich nach unten öffnenden Becherteil k2 gelagert,

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das eine zweite Öffnung in. der Oberseite des Gehäuseaufsatzes abschließt und mit diesem überSchraubbolzen verspannt ist. Ebenso wie die Kugellager 37 und 38 sind auch die Kugellager 40 und 41 durch eine Abstandshülse 43 zwischen ihren inneren Laufringen sowie durch einen Sprengring 44 festgelegt. Auf das obere mit Außengewinde versehene Ende der Hülse 39 ist eine mit einer Feststellsicherung versehene Mutter 45 aufgeschraubt.

Auch das untere Ende der Hülse- 39 ist mit Außengewinde versehen, auf daß eine Mutter 46 mit einer Feststellsicherung aufgeschraubt ist. Mittels der Mutter 46 sind die inneren Laufringe der beiden Kugellager 37 und 38 mit der zwischenliegenden Abstandshülse sowie die auf das untere Ende der Hülse 39 aufgeschobene Nabe einer Scheibe 48 gegen eine Schulter am Außenumfang der Hülse 39 angezogen. Die Scheibe 48 ist ferner mittels eines Keils 49 drehfest mit der Hülse 39 verbunden.

In das Zahnrad 36 ist ein Mitnehmer 50 in Form einer rechteckigen Platte eingesetzt. Dieser Mitnehmer 50 wirkt in der einen Drehrichtung mit einem Anschlagnocken 51 zusammen, der mit Hilfe eines Gewindezapfens 52 und einer mit einer Siehe- " rung versehenen Mutter 53 fest mit der Scheibe 48 verbunden ist. Diametral gegenüber dem Anschlagnocken 51 ist ein zweiter Anschlagnocken 55 vorgesehen, der in entsprechender Weise mit Hilfe eines Gewindezapfens 56 und einer Mutter 57 mit der Scheibe 48 verbunden ist. Dieser Anschlagnocken wirkt bei entgegengesetzter Drehrichtung mit dem Mitnehmer 50 zusammen, wie der für diesen Fall strichpunktiert eingezeichnete Mitnehmer erkennen läßt. Der Anschlagnocken 51, der mit geringerem Abstand als der Anschlagnocken 55 angeordnet ist, bildet den Schließnocken, während der Nocken 55 den Öffnungsnocken bildet. Auf diese Weise wird beim Öffnen des Schiebers ein größeres Drehmoment auf die Hülse 39 übertragen als beim Schließen.

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Die Hülse 39 ist an ihrem unteren Ende mit einem Innenumfangsgewinde versehen, mit dem die Schraubspindel 8 verschraubt ist. Auf diese Weise wird eine Drehbewegung der Hülse 39 in eine Längsbewegung der Schraubspindel 8 umgewandelt. Das Becherteil hZ besitzt eine ausreichende Höhe, damit beim Öffnen des Schiebers das strichpunktiert eingezeichnete obere Ende der Schraubspindel 8 nicht anstößt. Jedoch ist in das obere Ende der Spindel 8 eine Schraubenfeder 58 eingesetzt, die am Ende des Öffnungshubes anstößt und dadurch eine gewünschte Bewegungsdämpfung hervorruft.

Gemäß Fig. 3 ist anstelle des Zahnrades 36 ein Zahnrad 6O vorgesehen, das direkt mit der Hülse 61 verkeilt ist, die in entsprechender Weise mit der Schraubspindel 62 verschraubt ist. Anstelle des gemäß Fig. 1 und 2 vorgesehenen Becherteils h2. ist ein abgewandeltes Becherteil 63 vorgesehen, das einen zentralen Aufsatz 6k von kleinerem Durchmesser aufweist,in dem ein Signalmagnet 65^der über eine in das obere Ende der Spindel 62 eingeschraubte Stange 66 mit der Spindel 62 fest verbunden ist und daher die jeweilige Stellung der Spindel 62 und damit des Absperrorgans 7 signalisiert. Auf den Außenumfang des Becherteils 63 ist ein Ring 67 mit einem aufragenden Tragstück aufgeschoben, der mittels einer Spannvorrichtung 69 in der gewünschten Höhenlage feststellbar ist. Das Tragstück 68 unterstützt ein vom in gleicher Höhenlage befindlichen Signalmagneten 65 magnetisch oder induktiv beeinflußbares Schaltorgan 70, das über eine angeschlossene Leitung 71 ein Schaltsignal für den Antriebsmotor 9 liefert. Ggf. kann auch das Organ 70 ein Haltemagnet sein, der beispielsweise bei einem Handantrieb mittels des Handrades 10 den Signalmagneten 65 in benachbarter Lage festhält und somit in einer vorgegebenen Stellung blockiert.

Gemäß Fig. k, die eine Abwandlung der Ausführung nach Fig. 3 zeigt, gleitet der Signalmagnet 65 in einem Aufsatz 80, der

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an seinem oberen Ende mit Außengewinde versehen ist, mit dem der obere Abschnitt 81 einer Wanderhülse 82 verschraubt ist. Der Abschnitt 81 besitzt eine Außenverzahnung, die mit einem Ritzel 83 kämmt, das über ein auf der Oberseite des Aufsatzes 80 abgestütztes Getriebe 8k von einem Stellmotor 85 angetrieben wird. Mit Hilfe des Stellmotors 85 läßt sich eine an der Unterseite der Wanderhülse 82 vorgesehene Ringmagnetanordnung 86 in der Höhe verstellen, um so eine entsprechende Verstellung oder Verstellungsbegrenzung des Signalmagneten 65 und damit des Absperrorgans 7 zu erreichen, beispielsweise um eine Durchflußmengenregelung vorzunehmen.

Gemäß Fig. 5 bewegt sich der Signalmagnet 65 in einem Aufsatz 90, mit dem ein Tragteil 91 verbunden ist, das ein Potentiometer mit einer Gleitführung 93 für einen dem Signalmagneten 65 zugeordneten Folgemagneten 9h unterstützt. Das Potentiometer 92 signalisiert die Stellung des mit dem Signalmagneten 65 wandernden Folgemagneten 9h und damit die Stellung des Absperrorgans 7· Das Potentiometersignal kann als Anzeigesignal oder als Steuersignal für den Antriebsmotor dienen und ist beispielsweise auch im Rahmen der Durchflußmengenregelung bedeutungsvoll.

Es sei bemerkt, daß der Gehäuseaufsatz 6 hermetisch abgeschlossen bzw. abgedichtet ist, wobei eine Abdichtung zwischen relativ zueinander bewegten Teilen entfällt und zwischen den abzudichtenden fest miteinander verspannten Teilen natürlich in bekannter Weise Dichtungsringe eingelegt sind. Es ist also kein Austreten des Mediums zu befürchten, das bei geöffnetem Schieber 1 ungehindert auch in den Gehäuseaufsatz 6 eintritt. Dabei kann der Antrieb auch für heiße Medien mit Temperaturen bis zu etwa 4θΟ ⁰C eingesetzt werden, da der Permanentmagnetantrieb zwischen dem Treiber 22 und dem Rotor 2h temperaturunempfindlich ist. Auch können anstelle der beim Ausführungsbeispiel vorgesehenen Kugellager Gleitlager aus korrosionsbeständigen und temperaturfesten Materialien wie Kohle, Keramik oder Polytetrafluoräthylen vorgesehen werden.

409826/0182 -Ansprüche-

Claims

Patentanwalt Dipl.-Ing. Dr. jur. JOACHIM G. SANDMANN

8 München 22 2263058 Steinsdorfstraße 21 Telefon (0811) 29 38 71

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Ansprüche

Stopfbüchsloser Antrieb, insbesondere für Armaturen, mit einer Antriebswelle und einem angetriebenen Teil,- das in einem hermetisch abgeschlossenen Gehäuse angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet , daß das Gehäuse (6) durch einen Spalttopf (17) hermetisch abgeschlossen ist, der einen Rotor (24) umschließt,viit einem auf der Außenseite des Spalttopfes (17) angeordneten Treiber (22) oder Stator magnetisch oder durch ein elektrisch induziertes Feld gekoppelt ist und über ein im Gehäuse (6) angeordnetes Getriebe (35) in mechanischer Antriebsverbindung mit dem angetriebenen Teil (8) steht.
2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Treiber (22) und ein Rotor (24) vorgesehen sind, die jeweils mit Dauermagneten (23) bestückt·sind.
3. Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, insbesondere mit einem in Längsrichtung zu bewegenden angetriebenen Teil, dadurch gekennzeichnet , daß der Rotor (24) mit gegenüber dem angetriebenen Teil (8) versetzter Achse angeordnet ist.
k. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3t dadurch gekennzeichnet , daß das Getriebe (35) ein Untersetzungsgetriebe (33i 36) umfaßt.
5. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß das Getriebe (35) zwei konzentrisch gelagerte Drehteile (36, 48) umfaßt, zwischen denen zwei mit unterschiedlichem Achsabstand angeordnete Mitnehmerverbindungen (5O|51» 5Ot55) für die eine bzw. andere Drehrichtung vorgesehen sind.

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6. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch g e -

kennz e i chne t , daß innerhalb des hermetisch abgeschlossenen Gehäuses (6) ein mit dem angetriebenen Teil (8) bewegbarer Signalmagnet (65) vorgesehen ist, dem auf der Außenseite des Gehäuses (6,64,80,90) mindestens ein magnetisch oder induktiv beeinflußbares Schaltorgan (70; 86;92,94) zugeordnet ist.
7. Antrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltorgan (70,86) ein Haltemagnet zur Begrenzung der Bewegbarkeit des angetriebenen Teils (8) ist.
8. Antrieb nach Anspruch 7i dadurch gekennzeichnet, daß der Haltemagnet (70, 86) in Bewegungsrichtung des Signalmagneten (65) verstellbar ist, insbesonder.e mittels eines Stellmotors (85).
9. Antrieb nach Anspruch 6, dadurch gek ennz e ichnet, daß das Schaltorgan (92,94) einen Folgemagneten (94) umfaßt, der mit dem Signalmagneten (65) entlang einem Potentiometer (92) zur Steuerung des Antriebs wandert.
10. Antrieb nach Anspruch 6 mit einem elektrischen Antriebsmotor, insbesondere Verschiebeankermotor, dadurch gekennzeichnet , daß der Signalmagnet (65) den Motor (9) durch induktive .Beeinflussung ein- oder ausschaltet.

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