DE2334571A1

DE2334571A1 - Ventilbetaetigungsvorrichtung

Info

Publication number: DE2334571A1
Application number: DE19732334571
Authority: DE
Inventors: Irving Joseph Heinen
Original assignee: Aerojet General Corp
Current assignee: Aerojet Rocketdyne Inc
Priority date: 1972-07-10
Filing date: 1973-07-07
Publication date: 1974-01-31
Also published as: DE2334571B2; US3793893A; IT996082B; FR2192260B1; GB1428745A; DE2334571C3; CA944752A; JPS5531354B2; JPS4951633A; BE802159A; FR2192260A1

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Ventile.

"Durch die US-Patentschrift 2 795 960 ist eine Ventilbetätigungsvorrichtung mit kegeligem Verschlußstück bekanntgeworden, bei welcher die Drehung eines Handrades
zuerst das Küken von seinem Sitz abhebt und dieses dann aus einer Schließstellung in eine Offenstellung dreht
oder umgekehrt.

Obwohl die in der vorgenannten Patentschrift offenbarte Betätigungsvorrichtung die gewünschten Betriebsmerkmale ergibt, ist der Aufbau ziemlich kompliziert, so daß das

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Teles'.-Adr.: ELFATENT - Augsburg

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_ .-...giburg ^ü.-Nr. 3^i!31' cmi 720 7OG 01

Ventil ziemlich schwierig herzustellen ist und dadurch relativ teuer wird.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Verbesserung gegenüber der in der genannten Patentschrift beschriebenen Betätigungsvorrichtung und allgemein die einzelnen Bauelemente so zu modifizieren und anzuordnen, daß nicht nur eine stark vereinfachte Anordnung erhalten wird, die wirtschaftlicher hergestellt werden kann und auch dazu verwendet werden kann, zusätzliche wünschenswerte Na?kmale zu erzielen, beispielsweise eine zwangsläufige visuelle Anzeige, ob sich das Ventil in einer Offen- oder in einer Schließstellung befindet.

Die Erfindung ist allgemein auf eine Ventilbetätigungsvorrichtung gerichtet und insbesondere auf eine verbesserte Vorrichtung, durch welche das Ventil axial vom Ventilsitz abgehoben und in eine Offenstellung gedreht werden kann und umgekehrt.

Zur Aufgabe der Erfindung gehört es daher, eine verbesserte Ventilöffnungs- und Schließvorrichtung zu schaffen, bei welcher die Bauelemente bei einer fortgesetzten Bewegung eines getriebenen Elements in der einen Richtung selbsttätig in der Weise zusammenwirken, daß zuerst das Ventil aus seiner Sitzstellung abgehoben und dann in eine Offenstellung gedreht wird oder umgekehrt.

Ferner gehört zur Aufgabe der Erfindung die Schaffung einer Ventilbetätigungsvorrichtung für den vorgenannten Zweck, bei welcher Organe zur wahlweisen Bestimmung und Begrenzung der axialen Bewegung und der Drehbewegung des Ventilbetätigungsschaftes sich in der Längsrichtung des letzteren von den Organen in Abstand befinden, die zur Sperrung bzw.

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Freigabe der drehbar angetriebenen Organe mit Bezug auf den Schaft zur gemeinsamen bzw. relativen Bewegung dienen.

Weiter gehört es zur Aufgabe der Erfindung, eine Ventilbetätigungsvorrichtung zu schaffen, die durch den Ventilschaft zur Anhebung und Drehung des Ventils beim Übergang von der einen Betriebsstellung in die andere betrieben werden kann und bei welcher die Ventilschaftstellung als Anzeige der Ventilorientierung dient und angibt, ob sich das Ventil in einer Offen- oder in einer Schließstellung befindet.

Desgleichen gehört zur Aufgabe der Erfindung die Schaffung einer verbesserten Sperrung für Ventile der beschriebenen Art, bei welcher ein Kurvenelement die Arbeitsweise einer Sperrolle zur Verbindung bzw. Trennung eines drehbar getriebenen Elements mit Bezug auf einen Ventilbetätigungsschaft steuert.

Auch gehört es zur Aufgabe der Erfindung, eine Steuerung für solche Ventile zu schaffen, bei welcher eine neuartige L-Nut- und Stiftführungseinrichtung zur Steuerung der Bewegungen des Ventilschaftes bei den öffnungs- und Schließbewegungen des Ventils verwendet wird.

Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden näheren Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung und zwar zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht eines erfindungsgemässen Ventils im Längsschnitt;

Fig. 2 eine Ansicht im Schnitt nach der Linie 2-2 in Fig. 1;

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Fig,3a, 4a und 5a Ansichten im Schnitt nach den Linien 3-3, 4-4 und 5-5 in Fig. 1, welche die relative Anordnung der Bauelemente an diesen Stellen bei geöffnetem Ventil zeigen;

Fig.3b, 4b und 5b ähnliche Schnittansichten, welche die Beziehung der Bauelemente zeigt, wenn sich das Ventil in einer neutralen Stellung zwischen der Offenstellung und der Schließstellung befindet, und

Fig.3c, 4c und 5c ähnliche Schnittansichten, welche die Anordnung der Bauelemente in der Schließstellung des Ventils zeigen.

In der Zeichnung ist ein allgemein mit 10 bezeichneter Ventilmechanismus dargestellt, sowie eine allgemein mit 11 bezeichnete Ventilbetätigungsvorrichtung.

Der Ventilmechanismus 10 ist im wesentlichen von der in der US-Patentschrift 3 362 433 beschriebenen Bauart. Der Ventilmechanismus 10 besitzt einen Ventilkörper 12 mit einer zylindrischen Bohrung, die an ihren Enden offen ist und eine Kammer zur Aufiahme eines Kükens 14 von im wesentlichen keilförmiger Gestalt dient, welches Küken zur Drehbewegung und begrenzten Anhebe- und Absenkbewegung auf einem unteren Spindelende 15 axial getragen wird, welch letzteres Spindelende in einer unteren Endverschlußplatte 16 gelagert ist, und einen Ventilschaft 17, der durch eine Kupplung 18 mit einer Spindel 19 der Betätigungsvorrichtung verbunden ist, die in einem Lagergehäuse 20 gelagert ist.

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Das Küken 14· ist mit einem ähnlich ausgebildeten Gleitstück 21, 21 verbunden, das diametral, auf entgegengesetzten Seiten des Kükens angeordnet ist. Das Küken und die Gleitstücke sind zur relativen Gleitbewegung mittels einer herkömmlichen schwalbenschwanzförmigen Nut- und Federverbindung in der Art und Weise und für den Betätigungszweck miteinander verbunden, wie er in der vorgenannten Patentschrift dargelegt ist.

Der übersichtlicheren Darstellung halber ist in Fig, I die Ventilschließstellung des Kükens 14 mit gestrichelten Linien angegeben, während die angehobene Stellung vor der Drehung in die voll offene Ventilstellung mit voll ausgezogenen Linien gezeigt ist. Der Ventilschaft 17 und die verbundenen Teile der Betätigungsvorrichtung sind in einer Betriebsstellung gezeigt, die der für ein voll offenes Ventil entspricht.

Von der Bohrung 13 stellen sich radial erstreckende Fluidkanäle 22 und 23 im Ventilkörper die Verbindung mit Befestigungsflanschen 24 und 25 her, so daß der Ventilkörper in Leitungen oder Rohren in der üblichen Weise eingebaut werden kann. Die Ventilbetätigungsvorrichtung 11 wird von einem Mantel 26 getragen, der durch ein längliches Rohrstück 27 mit einem Verbindungsendflansch 28 gebildet wird, welcher in gleichachsiger Anordnung zur Bohrung 13 mit dem Ventilkörper durch geeignete Befestigungsschrauben verbunden ist. An seinem obersten Ende ist das Rohrstück 27 mit einem Verbindungsendflansch 30 ausgebildet, der mit dem Umfang eines Getriebegehäuses 31 der Betätigungsvorrichtung mittels geeigneter Befestigungsschrauben 32 verbunden ist.

Wie sich aus Fig. 1 ergibt, wird die Spindel 19 oben durch

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ein Getriebegehäuse 31 getragen und erstreckt sich diese mit ihrem oberen Endteil 33 durch die obere Wand 34 des Gehäuses, in welchem es durch einen geeigneten Dichtungsring 35 abgedichtet ist. Der überstehende Teil 33 der Spindel ist mit einem Querstück 36 oder mit einem anderen geeigneten Anzeigeorgan versehen, durch das die Ausrichtung des Ventils angegeben wird, d.h. angezeigt wird, ob das Ventil geöffnet oder geschlossen ist. Es besteht daher eine direkte Anzeige und da die Ventilspindel unmittelbar mit dem Ventil, verbunden ist, zeigt die Ausfluchtung des Querstücks 36 mit der Längsachse des Ventilkörpers 12 an, daß sich das Ventil in der Offenstellung befindet, während wenn sich das Querstück quer zum Ventilkörper erstreckt, eine Anzeige dafür besteht, daß das Ventil geschlossen ist.

Innerhalb des Getriebegehäuses ist die Spindel 19 mit einem Aussengewindeteil 37 versehen, der mit einem Innengewinde 38 eines umgebenden Schneckenrades 39 in Eingriff steht. Das Schneckenrad 39 bildet das zur Drehung antreibbare Element, durch welches die gewünschte Bewegung der Spindel 19 herbeigeführt werden kann, wie nachfolgend näher beschrieben wird. Das Schneckenrad ist mit einem oberen und einem unteren Endnabenteil 40 bzw. einundvierzig ausgebildet, die in geeigneten Wälzlagern 42 und 4 3 gelagert sind. Das Schneckenrad 39 steht mit einer Schnecke 44 in Eingriff, die von einer sich in der Querrichtung erstreckenden Antriebswelle 45 getragen wird, welch letztere in Wälzlagern 46 und 47 gelagert ist, wie in Fig. 2 gezeigt. Obwohl die Antriebswelle 45 in Fig. 1 als mit einem Handrad 48 verbunden dargestellt ist, so daß eine manuelle Betätigung vorgenommen werden kann, kann die Antriebswelle

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natürlich, wenn gewünscht, mit einer geeigneten Kraftquelle, z.B. mit einem Hydromotor oder Elektromotor, verbunden werden.

Aus einer Betrachtung der Anordnung des Schneckenrades und der Spindel 19 ergibt sich, daß, wenn die letztere gegen eine Drehbewegung gehalten wird, durch eine relative Drehung des Schneckenrades 3 9 die Spindel in ihrer axialen Richtung bewegt wird. Ferner bewirkt, wenn die Spindel gegen eine axiale Bewegung gehalten wird und das Schneckenrad und die Spindel miteinander zur gemeinsamen Drehung gekuppelt sind, eine Drehbewegung des Schneckenrades eine Bewegung der Spindel zur Drehung,

Es ist daher eine erste Einrichtung vorgesehen, durch welche die Spindelbewegung geführt und auf die eine Bewegungsart begrenzt wird, während sie der Spindelbewegung in der anderen Bewegungsart so lange entgegenwirkt, bis die erste Bewegung beendet ist. Bei der dargestellten Ausführungsforin dient die Kupplung 18 für diesen Zweck welche, wie in Fig. 5a, 5b und 5c gezeigt, auf ihrer zylindrischen Aussenfläche mit einer L-förmigen Nut 49 hergestellt ist, deren einer Schenkel 50 sich in der .Richtung der Längsachse des Schaftes 17 und der Spindel 19 erstreckt, während ihr anderer Schenkel 51 sich in der Umfangsrichtung der Spindelachse über einen Winkel von etwa 90 erstreckt. Der Kupplung ist ein Führungsstift 52 zugeordnet, der von dem Rohrstück 27 des Mantels durch eine Befestigungsschraube oder Buchse 5 3 so getragen wird, daß das innerste Ende des Stiftes innerhalb der Nut 49 gleitet.

In der Offenstellung des Ventils befindet sich der Stift 52 am geschlossenen Ende des Schenkels 51 der Nut, wie

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in Fig, 5a gezeigt. Zum Schliessen des Ventils muß
die Kupplung 18 im Uhrzeigersinn gedreht werden, bis
der Stift eine neutrale Stellung erreicht, die in
Fig. 5b gezeigt ist. In dieser Stellung ist die Kupplung zur axialen Abwärtsbewegung gelöst, durch welche der Stift 5 2 benachbart dem oberen geschlossenen Ende des Schenkels 50 der Nut 49 gebracht wird. Die Spinde lanordnung wird daher bei den periodischen Bewegungen, die zum Schalten des Ventils zwischen seiner Schließstellung und voll offenen Stellung notwendig sind,
begrenzt und geführt.

Eine zweite Einrichtung befindet sich benachbart dem
Schneckenrad 39 in einem axialen Abstand zu der vorangehend beschriebenen ersten Einrichtung,

Der untere Endnabenteil 41 des Schneckenrades ist mit einem segmentförmigen Endvorsprung 54 ausgebildet, der an dem einen Ende mit einer Ans cn ^schulter 55 endet, an welcher ein sich radial erstreckender Stift 56 an
der Spindel 19 zur Anlage kommen kann, wenn sich diese am oberen Ende ihrer axialen Bewegung befindet und
während welcher Zeit der Führungsstift 5 2 sich in
den Nutenschenkel 51 erstreckt. Während dieser Zeit
sind das Schneckenrad 39 und die Spindel 19 miteinander zur gemeinsamen Drehbewegung verbunden. Für diesen Zweck ist der untere Endnabenteil 41 mit einer radialen Öffnung bzw, mit einem radialen Kanal 57 versehen, der
mit einer Eintiefung 58 in der Aussenflache der Spindel 19 ausgefluchtet ist,In dem Kanal 57 befindet sich
eine Rolle 5 9 von angemessenem Durchmesser, welche in die bzw, aus der Eintiefung beweglich ist, um das
Schneckenrad und die Spindel zur gemeinsamen Drehung
miteinander zu verriegeln bzw. um die beiden Teile zu

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unabhängigen Bewegungen freizugeben.

Die Freigabe- und Verriegelungsbewegungen werden durch ein Steuerorgan bestimmt, das als Ring 60 dargestellt ist, der in dem Rohrstück 27 fest angeordnet ist, beispielsweise durch Preßpassung am Aussenumfang desselben. Der Ring ist mit einer inneren Umfangskante ausgebild±, von der ein vorstehender Teil eine Steuerkante 61 bildet, die sich über einen Umfangswinke1 von etwa 90° erstreckt. Während der Bewegung der Rolle 5 9 längs dieser Steuerkante wird die Rolle innen in einer Sperrstellung innerhalb der Eintiefung 58 gehalten, wodurch diese Teile zur gemeinsamen Bewegung miteinander verriegelt werden. Die restliche innere Umfangskante ist so ausgebildet, daß sie einen eingetieften Steuerkantenteil 6 2 bildet, der sich in der Umfangsrichtung über im wesentlichen 270° erstreckt. Wenn die Rolle mit der Steuerkante 6 2 zusammenwirkt, wird sie angehoben, so daß sie sich nach aussen in die öffnung 57 in eine entriegelte oder Freigabestellung mit Bezug auf die Eintiefung 58 bewegen kann, worauf den Teilen eine unabhängige Relativbewegung mitgeteilt werden kann.

Im Betrieb sind, wenn sich das Ventil in der Offenstellung befindet, die Bauelemente der Betätigungsvorrichtung so gerichtet, wie in Fig. 3a, Ha und 5a gezeigt. Zum Schliessen des Ventils wird das Schneckenrad 39 im Uhrzeigersinn gedreht, so daß die Spindel 19 und der untere Endnabenteil m, die miteinander verriegelt sind, gemeinsam bewegt werden und die Rolle 59 längs der Steuerkante 61 bewegen. Während dieser Bewegung führt die Kupplung 18 eine entsprechende Drehbewegung aus, bis der Stift 5 2 die neutrale Stellung in der Nut t9 erreicht, die in Fig.5b gezeigt ist. In dieser Stellung verläßt die Rolle 5 9 die Steuerkante 61 und kommt an der eingetieften Steuerkante

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zur Anlage, die es ermöglicht, daß sich die Rolle von der Spxndelausnehmung 58 nach aussen bewegt, wie in Fig. 3b gezeigt. Durch eine weitere Bewegung des Schneckenrades im Uhrzeigersinn wird eine Relativbewegung der Anschlagschulter 55 ausser Anlage am Stift 56 verursacht und infolge dieser Relativbewegung wirkt das Schneckenrad über die Gewinde 37 und 38 derart, daß die Kupplung 18 axial nach unten bewegt wird, um das Ventil in eine voll geschlossene Stellung zu bringen, in welcher der Führungsstift 5 2 sich benachbart dem obersten Ende des Nutenschenkels 50 befindet, wie in Fig. 5c gezeigt. In der voll geschlossenen Stellung desVentils wird die Rolle 5 9 längs der Steuerkante 6 2 mit einer Winkelstellung von etwas mehr oder weniger als 108° bewegt. Zum öffnen des Ventils läuft die vorangehend beschriebene Folge von Arbeitsvorgängen im umgekehrten Sinne ab.

Aus der vorangehenden Beschreibung ergibt sich in Verbindung mit den Zeichnungen, daß die Ziele der Erfindung erreicht wurden.

Die Erfindung ist natürlich nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann innerhalb ihres Rahmens verschiedene Abänderungen erfahren.

Patentansprüche:

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Claims

P a tentansprüche_:_

l_v Betätigungsvorrichtung zum Bewegen eines Ventils zwischen Betriebsstellungen durch aufeinanderfolgende Bewegungen, von denen die eine axial und die andere eine Drehbewegung ist, gekennzeichnet durch

(a) eine Einrichtung zum Bewegen des Ventils mit einem Schaft, der zur axialen und zur Drehbewegung gelagert ist und einen Gewindeteil aufwist;

(b) ein zur Drehung antreibbares Organ mit einem Gewinde, das mit dem Gewinde an dem Schaft zusammenwirkt und dazu dient, bei einer relativen Drehung den Schaft axial zu bewegen;

(c) ein erstes Organ in einer Stellung axial zu dem Schaft Kenachbart dem Ventil zur Begrenzung des Betrages der axialen Bewegung des Schaftes, welches an dem einen Endpunkt der erwähnten axialen Bewegung eine begrenzte Drehbewegung des Schaftes zuläßt; und

(d) ein zweites Organ im axialen Abstand von dem Schaft benachbart dem drehbaren Organ und gesteuert durch seine Bewegung zur Verriegelung des Schaftes und des drehbaren Organs miteinander zur begrenzten gemeinsamen Drehung.

2, Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft (19) ein Querstück (36) zur Anzeige der Be-

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triebsstellung des Ventils trägt.

3. Vorrichtung nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß das zur Drehung antreibbare Organ durch ein Schneckenrad (39) gebildet wird, das mit einer Schnecke (44) Antriebseingriff hat.

Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Organ durch ein ringförmiges Wandelement (26) gebildet wird, das gleichachsig um den erwähnten Schaft (19) angeordnet ist und mit einer L-förmigen Nut (49) versehen ist, deren einer Schenkel (50) sich axial zu dem Schaft (17, 19) erstreckt, während sich der andere Schenkel (51) in der Umfangsrichtung des Schaftes erstreckt, und einen Stift (52), der sich in die Nut (^9) erstreckt und längs dieser relativ beweglich ist, wobei das eine dieser Elemente am Schaft befestigt und mit diesem beweglich ist, während das andere feststehend ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Wandelement (26) von dem Schaft (19) getragen wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schneckenrad (39) einen vorstehenden Endnabenteil (54) aufweist und der Schaft einen sich radial er·

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streckenden Stift (56) trägt, der an dem erwähnten Teil (54) in einer bestimmten axialen Stellung des Schaftes (19) anliegt.

7, Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der vorspringende Teil (54) segmentförmig ist und eine Endanschlagschulter (55) aufweist, an der der erwähnte Stift (5 6) zur Anlage kommen kann.

Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Organ eine Uirfängsausnehmung in dem Schaft aufweist, eine radiale Öffnung (57) in dem drehbaren Organ mit der erwähnten Ausnehmung (58) in einer bestimmten Stellung des Schaftes (19) ausgefluchtet ist und eine Rolle (5 9) in der radialen Öffnung C57) in die bzw, aus der Ausnehmung (58) bewaglich ist, um das drehbare Organ und den Schaft zur- g3^rr.einsamen Bewegung zu verriegeln bzw. sie zu unabhängigen Bewegungen freizugeben.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Organ ferner ein Steuerungselement aufweist, das zur Steuerung der Bewegung der Rolle dient.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerungselement durch einen festen Ring (60) mit einer Umfangssteuerkante (61) gebildet wird.

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11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (60) radial ausserhalb des zugeordneten Teils des drehbaren Organs angeordnet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkante so ausgebildet ist, daß die Rolle in der Ausnehmung des Schaftes während einer Drehbewegung von im wesentlichen 90° gehalten wird.

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