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Stellantrieb, insbesondere für Klappenventile in der
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Lebensmittel- und chemisch-pharmazeutischen Industrie Die Erfindung
bezieht sich auf einen Stellantrieb, insbesondere für Klappenventile in der Lebensmittel-
und chemisch-pharmazeutischen Industrie, der in einem zylindrischen Gehäuse eine
Art Kolben aufnimmt, der unter Druckluft- und/oder Federeinwirkung steht und eine
Zahnstange trägt, mit der ein Ritzel kämmt, das auf einer mit der jeweiligen Ventilachse
gekuppelten Welle sitzt.
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Bei Stellantrieben dieser Art für Ventile in vollautomatischen Leitungssystemen
wird nicht selten verlangt, daß eine automatische Schließbewegung erfolgt, wenn
z.B. der Strom oder die Steuer luft ausfällt. Dazu ist es erforderlich, mit einem
Kolben zu arbeiten, der auf der einen Seite mit Druckluft beaufschlagt wird, während
auf der anderen Seite eine Druckfeder wirksam ist,
welche den Kolben
in die Ausgangslage zurückschiebt. Konstruktiv sind für Stellantriebe schon viele
Vorschläge gemacht worden. So gibt es z.B. eine Bauart, bei der eine Zahnstange
derart am Kolben befestigt ist, daß die Welle des Ritzels die Achse des zylindrischen
Gehäuses schneidet; dadurch ergeben sich vereinfachte Wellenlagerungen und eine
günstige Anschlußmöglichkeit an das jeweils zu betätigende Ventil. Schwierigkeiten
hingegen bereiten die in den Kolben eingehenden und von der Zahnstange verursachten
Kippmomente, die irgendwie abgefangen werden müssen, was ohne erheblichen Aufwand
unmöglich erscheint. Einen ungünstig ins Gewicht fallenden Bauaufwand versucht auch
eine andere bekannte Ausführung, die darin besteht, daß zwei unter der Belastung
von Federn stehende Kolben je eine Zahnstange tragen, die einander gewissermaßen
überlappen und zwischen sich das Ritzel aufnehmen. Bei dieser Bauart wird übrigens
von beiden Seiten mit Druckluft gearbeitet, wodurch zwar aufgrund der beiden Federn
das automatische Schließen bei Stromausfall o. dgl. nicht beeinträchtigt wird, jedoch
kommt es neben dem bereits erwähnten großen Aufwand zu erheblichen Baulängen, die
häufig untragbar sind.
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Demgegenüber bezweckt die Erfindung einen Stellantrieb, der neben
der Verwendung für beliebige Ventile insbesondere für Klappenventile geeignet sein
soll und bei dem schädliche
Kippmomente auf den Kolben nicht auftreten.
Außerdem und nicht zuletzt ist eine Lösung zu finden, um die Baueinheit Kolben-Zahnstange
rationell und preisgünstig herstellen zu können.
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Darüber hinaus besteht die Forderung, daß der neue Antrieb keinem
vorzeitigen Verschleiß unterliegt und eine hohe Funktionsfähigkeit besitzt.
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Dieses Ziel wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß der Kolben
zwei einander gegenüberliegende, Teilen eines Kolbenhemdes entsprechende Ausleger
aufweist, von denen der eine auf der dem anderen Ausleger zugekehrten Seite als
Zahnstange ausgebildet ist, und zwar derart, daß in an sich bekannter Weise die
Ritzelwelle die Achse des zylindrischen Gehäuses kreuzt. Da bei dieser Bauart die
Wellenachse des Ritzels in der Mittellinie des Antriebsquerschnittes liegt, bleiben
die Vorteile der bekannten Ausführungen bezüglich der Wellenlagerung erhalten. Besondere
Bedeutung kommt aber den Auslegern des Kolbens zu, denn sie schließen schädliche
Kippmomente auf den Kolben völlig aus, zumal sie die durch den Eingriff des Ritzels
bedingten radialen Kräfte unmittelbar in die Zylinderwandung einleiten, wobei der
Kolben lediglich eine kaum beanspruchte Halterung für die Ausleger darstellt.
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Das Beschränken des Kolbenhemdes auf die erfindungsgemäßen Ausleger
ist aber auch deshalb außerordentlich günstig, weil die Zahnstange durch die kolbenhemdfreien
Teile hindurch gefräst werden kann. Es ist also möglich, die Zahnstange
mit
dem Kolben einstückig, gewichtssparend und daher außerordentlich billig aus einem
Gußteil zu fertigen, wobei für die Lebensmittelindustrie sich z.B. eine Sonderbronze
anbietet, ohne sich dabei aber auf Bronze zu beschränken.
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Um einmal noch weiter Gewicht zu sparen und um zum anderen die Reibungsverluste
gering zu halten, ist nach der Erfindung ferner vorgesehen, daß der zahnstangenfreie
Ausleger rahmenartig ausgeführt ist, also lediglich mit schmalen Stützflächen am
Innenmantel des zylindrischen Gehäuses anliegt.
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Der Vorteil der Einfachheit dieses erfindungsgemäßen Stellantriebes
wird noch dadurch vertieft, wenn nach der Erfindung das zylindrische Gehäuse zumindest
an dem einen Ende mit einem abnehmbaren Deckel, z.B. mit einem Schraubdeckel ausgestattet
ist, der einen Druckluftanschluß trägt, während auf der gegenüberliegenden Seite
eine vorgespannte Druckfeder den Kolben belastet. Dabei erscheint es zusätzlich
zweckmäßig, daß die Druckfeder sich auf abgesetzten Enden der Ausleger abstützt,
wobei noch ein Verteilerteller zwischengeschaltet sein kann.
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Letztere Maßnahme erhöht die Funktionssicherheit, da durch diese Konstruktion
die Feder nicht abrutschen und gfs. in den Zahnstangentrieb geraten kann. Der Schraubdeckelabschluß
des Zylinders wiederum macht das Innere leicht zugänglich und verbraucht außerdem
wenig an Baulänge.
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Wenn man auf eine Rückholfeder verzichten kann und gedrückte Baulängen
erzwingen will, wird nach der Erfindung schließlich vorgeschlagen, daß das zylindrische
Gehäuse beidseitig Deckel, z.B. Schraubdeckel aufweist, die mit Druckluftanschlüssen
o. dgl. ausgestattet sind, wobei der eine Kolben einen beidseitig beaufschlagbaren
Doppelkolben darstellt. Daß sich eine solche Ausführung besonders dort eignet, wo
geringe Einbauräume zur Verfügung stehen, bedarf wohl keiner besonderen Erwähnung.
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In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht;
es zeigen: Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Stellantrieb im Schnitt, der auf ein Klappenventil
aufgesetzt ist; Fig. 2 den gleichen Stellantrieb längs der Linie II-II der Fig.
1 geschnitten und Fig. 3 den Stellantrieb im Querschnitt in Richtung des Pfeiles
A derFig. 1 betrachtet.
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Der Stellantrieb besteht im wesentlichen aus einem zylindrischen Gehäuse
1 mit oben und unten angesetzten Lagern 2, 3 für eine Welle 4, die ein Ritzel 5
trägt. Dieses Ritzel 5 kämmt mit einer kurzen Zahnstange 6, auf die noch näher eingegangen
wird.
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Die Welle 4 ist nach oben und unten aus den Lagern 2, 3 herausgeführt
und sie ist am oberen Ende als Vierkant 7 ausgebildet, um den Antrieb z.B. auch
von Hand betätigen zu können. Das untere Ende der Welle 4 trägt ein Kupplungsstück
8, das mit einer Vierkantaussparung 9 eine entsprechend gestaltete Ventilachse 10
übergreift, die einem Klappenventil 11 angehört. Zur Verbindung des als Ganzes mit
12 bezeichneten Stellantriebes mit dem Klappenventil 11 dient eine Art Konsole 13,
die geteilt und auf beliebige Weise mit den Teilen 11, 12 lösbar verbunden sein
kann. So können für die Verbindung z.B. ein Flansch 14 und Anschraubpratzen 15 vorgesehen
sein.
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In dem zylindrischen Gehäuse 1; das zumindest auf der einen Seite
mit einem Schraubdeckel 16 ausgestattet ist, befindet sich ein Kolben 17, der über
einen Druckluftanschluß 18 am Deckel 16 auf der einen Seite mit Druckluft beaufschlagt
wird.
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Der Kolben 17 weist zwei Ausleger 19, 20 auf, die - wie besonders
die Fig. 3 erkennen läßt - Teile eines Kolbenhemdes darstellen. Einer dieser Ausleger
19, 20, d.h. der Ausleger 20 trägt auf seiner dem anderen Ausleger 19 zugekehrten
Seite die bereits erwähnte Zahnstange 6, die mit dem Ausleger 20 aus einem Stück
besteht. Durch die Auslegerform ist es möglich, die Zähne der Zahnstange 6 auf einfachste
Weise mit einem Fräser zu bearbeiten. Außerdem bereitet es keine Schwierigkeiten,
die
Maße so zu wählen, daß die Welle 4 des Stellantriebes 12 die Achse 21 des zylindrischen
Gehäuses 1 kreuzt, wodurch die Lagerung der Welle 4 vereinfacht wird.
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Der Fig. 3 ist besonders gut zu entnehmen, daß bei dieser Bauart keine
gefährlichen Kippmomente auftreten können. Um Gewicht zu sparen kann der Ausleger
19 fensterartig ausgespart sein, wie dies in Fig. 2 durch gestrichelte Linien 22
angedeutet ist. Die Aussparung kann dabei der aus Fig. 1 ersichtlichen Kontur der
Zahnstange 6 entsprechen.
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Auf der dem Deckel 16 gegenüberliegenden Seite ist in das zylindrische
Gehäuse 1 eine Druckfeder 23 eingesetzt, die einmal an der Stirnwand 24 des Gehäuses
1 und zum anderen an einem Teller 25 anliegt. der auf abgesetzten Teilen 26, 27
der Ausleger 19, 20 ein unverrückbares Widerlager findet.
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Die Absätze 26, 27 sind - wie dies die Fig. 1 und 2 erkennen lassen
- so tief gelegt, daß die letzte Windung der Feder 23 noch ausreichend zentriert
wird.
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Wenn man die Baulänge des zylindrischen Gehäuses 1 verringern will
und auf eine selbsttätige Rückholung des Kolbens 17 verzichten kann, läßt man die
Feder 23 in Fortfall kommen und ordnet dafür einen zweiten Schraubdeckel an, wie
dies durch gestrichelte Linien 28 in Fig. 1 dargelegt ist. In einem solchen Fall
ist der Kolben 17 doppelseitig wirksam, d.h.
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Druckluft tritt einmal auf der linken und zum anderen auf der rechten
Seite in das zylindrische Gehäuse 1 ein. Die Zeichnung zeigt deutlich, daß es sich
hier um einen wirklich einfachen Stellantrieb handelt, der aufgrund seiner Einfachheit
eine hohe Funktionsfähigkeit besitzt, kaum einem Verschleiß unterliegt und in der
Herstellung keine untragbar hohen Unkosten verursachen wird. Zu erwähnen ist schließlich
noch, daß bei beidseitiger Luftbeaufschlagung des Kolbens 17 die Welle 4 in den
Lagern 2, 3 noch mit Dichtungen 29, 30 versehen sein muß.