DE2744677C3

DE2744677C3 - Gabel-Antrieb

Info

Publication number: DE2744677C3
Application number: DE19772744677
Authority: DE
Inventors: Bernd Ing.(grad.) 1000 Berlin Lange
Original assignee: Borsig 1000 Berlin De GmbH
Current assignee: Borsig 1000 Berlin De GmbH
Priority date: 1977-09-30
Filing date: 1977-09-30
Publication date: 1982-01-14
Also published as: DE2744677B2; FR2404777A1; GB2005373A; DE2744677A1; JPS5455267A; FR2404777B1

Description

Die Erfindung betrifft einen Gabel-Antrieb für Ventile und dergleichen, bei dem antriebsseitige, vor- und rückläufige, geradlinige Verstellbewegungen eines in einer gehäusefesten, geradlinigen Gleitbahn geführten Antriebsbolzens mittels einer mit einer Welle drehfest verbundenen Gabel in vor- und rückläufige Schwenkbewegungen der angetriebenen Welle umgewandelt werden.

Bei derartigen Gabel-Antrieben ist für jeden Punkt der gesamten vor- und rückläufigen Bewegungsabläufe eine solche eingeleitete horizontale Kraft auf die Gabel erforderlich, die jeweils ein solches Antriebs- bzw. Ausgangsdrehmoment erzeugt, das die angetriebene Welle fordert.

Es ist bekannt, zur Erfüllung dieser Erfordernisse symmetrische Gabel-Antriebe mit einer auf der Mittellinie der Gabel gelegenen Führungsbahn für den ^r>o Antriebsbolzen vorzusehen, die bei konstanter, eingeleiteter horizontaler Kraft eine parabelförmige, symmetrische Drehmomentenkennlinie mit gleich großen Werten in beiden Endstellungen und dem kleinsten Wert in der Mittelstellung der Gabel zeigen (DE-OS 22 55 376). Zum Schalten z. B. eines Kugelhahnkükens, dessen Drehmomentenkennlinie für den Drehmomentenbedarf von der Geschlossenstellung des Kugelhahnkükens bis zu seiner Offenstellung zunächst stark abfallend, im Mittelbereich etwa gleichbleibend und dann zu einem relativ kleinen Endwert bei Offenstellung ansteigend verläuft, weisen diese symmetrischen Gabel-Antriebe unnötig hohe Drehmomentenreserven auf, wodurch im Betrieb starke Schwankungen der eingeleiteten horizontalen Kraft auftreten. Weiter- b^r> hin sind Zahnstangen-Antriebe bekannt, die bei konstanter, eingeleiteter horizontaler Kraft über ihren ganzen Wirkungsbereich ein fast konstantes Ausgangsdrehmoment zeigen (DE-PS 8 92 101). Zum Schalten eines Kugelhahnkükens sind hier die Drehmomentenreserven noch größer als beim obengenannten symmetrischen Gabel-Antrieb, wodurch im Betrieb die eingeleitete horizontale Kraft sehr starke Schwankungen erfährt Durch Schrägstellung eines Langloehes in einem geradlinig vor- und rückläufigen Kolben zur Mittellinie des Kolbens kann mit Hilfe eines symmetrischen Schwenkantriebs die Drehmomentenkennlinie unsymmetrisch gestaltet werden (DE-OS 19 47 865). Langwierige Berechnungen und umständliche Versuche sind zur Ermittlung des gewünschten Drehmomentenverlaufs erforderlich.

Die Erfindung soll das bessern. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gabel-Antrieb zu schaffen, bei dem die eingeleitete horizontale Kraft im Verlaufe des Drehwinkels des Kugelhahnkükens möglichst geringe Schwankungen zeigt

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß durch verschieden große Auslenkwinkel der Gabel des Gabel-Antriebs — bezogen auf ihre senkrecht zur Gleitbahn des geradlinig hin- und hergehenden Antriebsbolzens gegebene Nullstellung — der Gabel-Antrieb unsymmetrisch ist wobei für den Antrieb eines Kugelhahnkükens mit einem Drehwinkel-Bereich von β = -45 Grad bis ß= +45 Grad sich der Auslenkwinkel-Bereich der Gabel von -« = 60 bis 70 Grad nahe der Geschlossenstellung des Kugelhahnkükens bei β = -45 Grad bis +α = 40 bis 30Grad nahe der Offenstellung des Kugelhahnkükens bei β = +45 Grad erstreckt wozu die Mittelsenkrechte der geradlinigen Gleitbahn in ihrem feststehenden Gehäuse gegenüber der senkrechten Nullstellung der Gabel zur Gleitbahn seitlich verschoben angeordnet ist.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die eingeleitete horizontale Kraft des unsymmetrischen Gabel-Antriebs im Verlaufe des gesamten Schaltvorgangs des Kugelhahnkükens fast konstant ist und die maximale horizontale Kraft etwa 30 Prozent der entsprechenden des Zahnstangen-Antriebs bzw. etwa 50 Prozent der entsprechenden des symmetrischen Gabel-Antriebs beträgt, wodurch der ganze Gabel-Antrieb bedeutend schwächer dimensioniert und viel preisgünstiger hergestellt werden kann, wozu besondere Berechnungen und Versuche nicht nötig sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit den zur Verdeutlichung notwendigen Drehmomenten und Werten der eingeleiteten horizontalen Kraft in Abhängigkeit vom Auslenkwinkel des Antriebs bzw. vom Drehwinkel der angetriebenen Welle im Vergleich zu zwei bekannten Antrieben ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgendenn näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 ein Diagramm mit dem Ausgangsdrehmoment eines Zahnstangen-Antriebs Md, Antrieb 1 als Funktion des Auslenkwinkels λ bei konstanter, eingeleiteter, horizontaler Kraft P₀,

F i g. 2 eine teilweise Darstellung eines Zahnstangen-Antriebs im Schema,

F i g. 3 ein Diagramm mit dem Ausgangsdrehmoment eines symmetrischen Gabel-Antriebs Md, Antrieb 2 als Funktion von λ bei Po = constant,

Fig.4 eine teilweise Darstellung eines symmetrischen Gabel-Antriebs im Schema,

F i g. 5 ein Diagramm mit der Drehmomentenkennlinie eines Kugelhahnkükens Md, Hahn in Abhängigkeit von seinem Drehwinkel ß.

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F i g. 6 ein Diagramm mit dem Ausgangsdrehmoment eines unsymmetrischen Gabel-Antriebs Md, Antrieb 3 und mit dem Ausgangsdrehmoment eines symmetrischen Gabel-Antriebs Md, Antrieb 2, beide als Funktion des Auslenkwinkels α der Gabel bei P₀ = constant,

Fig.7 ein Diagramm mit den zum Schalten eines Kugelhahnkükens notwendigen Po-Werten eines Zahnstangen-Antriebs, eines symmetrischen Gabel-Antriebs und eines unsymmetrischen Gabel-Antriebs als Funktion von « und β mit gegeneinander verschobenen Nullpunkten und

Fig.0 eine teilweise Darstellung eines unsymmetrischen Gabel-Antriebs im Schema.

Die eingeleitete horizontale Kraft P₀ des Gabel- bzw. Zahnstangen-Antriebs wirkt auf die angetriebene Welle, auf das hier nicht dargestellte Kugelhahnküken, wobei die mit dem Kugelhahnküken starr verbundene Gabel 10, die eine Führungsbahn 11 für den Antriebsbolzen 12 hat, der in der geradlinigen Gleitbphn 13 eines feststehenden Gehäuses 14 durch die Kraft P₀ in Längsrichtung der Gleitbahn 13 mit wechselnder Richtung hin- und herbewegt wird, mit der Gleitbahn veränderliche Auslenkwinkel λ zeigt, deren Nullwert stets in der Stellung der Gabel 10 senkrecht zur Gleitbahn 13 bzw. senkrecht zur Richtung der Kraft Po festgelegt ist. Die negativen «-Werte weisen in Richtung der Geschlossenstellung und die positiven κ-Werte in Richtung der Offenstellung des Kugelhahnkükens. Die Summe der absoluten maximalen «-Werte beträgt immer 100 Grad, 10 Grad mehr — für ein Einstellspiel des Antriebs — als die entsprechende Summe der maximalen Werte des Drehwinkels β des Kugelhahnkükens, der immer von β gleich minus 45 Grad (Geschlossenstellung des Kugelhahnkükens) bis β gleich plus 45 Grad (Offenstellung des Kugelhahnkükens) reicht Das Antriebs- bzw. Ausgangsdrehmoment ist Md, Antrieb gleich P\ mal a (Fig.8), wobei beim Gabel-Antrieb im Verlaufe eines Schaltvorgangs des Kugelhahnkükens sich die aus der Kraft P₀ und den Reibungskräften ergebende Kraft Pt, die senkrecht zum Hebelarm a wirkt, und der Hebelarm a ständig in ihren Größenwerten ändern. Mit Md, Hahn ist das vom Kugelhahnküken aufgenommene erforderliche Drehmoment bezeichnet. F_Antrieb 1, F_Antrieb 2 und F_A„,ri_eb 3 sind die Flächen unter den Md, Antrieb («)-Kurven bei einem Zahnstangen-Antrieb, einem symmetrischen und einem unsymmetrischen Gabel-Antrieb an Fig. 1, Fig.3 und F i g. 6. FHahn ist die Fläche unter der Md, Hahn (ß)-Kurve, der Drehmomentenkennlinie eines Kugelhahnkükens (F ig. 5).

Bei einem Vergleich des Zahnstangen-Antriebs laut F i g. 1 und 2, des symmetrischen Gabel-Antriebs laut F i g. 3 und 4 und des unsymmetrischen Gabel-Antriebs laut Fig.6 und 8 bezüglich der Erfordernisse zum Schalten des Kugelhahnkükens ist folgendes festzustellen:

Bei konstanter Kraft P₀ ist beim Zahnstangen-Antrieb das Antriebsdrehmoment fast oder praktisch konstant (Fig. 1), während beim symmetrischen Gabel-Antrieb das Antriebsdrehmoment einen ab- und ansteigenden, parabelförmigen Verlauf mit gleich großen Werten in den Endpunkten zeigt (Fig.3). Die Drehmomentenkennlinie des Kugelhahnkükens in Abhängigkeit vom

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60 Drehwinkel β zeigt einen anders gearteten, nach unten weisenden parabelförmigen Verlauf mit sehr starker Größendifferenz zwischen dem hohen Wert bei Geschlossenstellung zu dem niedrigen Wert bei Offenstellung des Kugelhahnkükens (F i g. 5).

Ein optimaler Antrieb ist dann vorhanden, wenn F_Hahn gleich ^Antrieb «st, wobei M_d, Antrieb größer oder gleich Md, Hahn in allen Winkelstellungen von β gleich minus 45 Grad bis plus 45 Grad sein muß.

Dieser Forderung kommt der unsymmetrische Gabel-Antrieb nach F i g. 6 und 8 am nächsten, wobei die gestrichelt gezeichnete Kurve nach der F i g. 3 zur Verdeutlichung des Unterschiedes zu einem symmetrischen Gabel-Antrieb ebenfalls eingezeichnet ist Beim unsymmetrischen Gabel-Antrieb nach Fig.6 ist die Symmetrie z.B. um 10Grad verschoben, womit, unter der Voraussetzung Po = constant, nach F i g. 6, 5, 3 und 1 gilt:

ι ^- 'Antrieb 3

^Antrie

b 2

"Antrieb 1
•fllahn

Auch die Forderung M_d , Antrieb > M_d, Hahn ist erfüllt
Somit ist der unsymmetrische Gabel-Antrieb (Antrieb 3) der günstigste. Dies zeigt auch die F i g. 7 noch deutlicher, bei der die erforderlichen eingeleiteten Kräfte Po während eines Schaltvorgangs eines Kugelhahnkükens mit einem Zahnstangen-Antrieb (Kurve 1), einem symmetrischen Gabel-Antrieb (Kurve 2) und einem unsymmetrischen Gabel-Antrieb (Kurve 3) dargestellt sind. Po ist beim unsymmetrischen Gabel-Antrieb fast konstant und im Maximum etwa 30 Prozent der entsprechenden des Zahnstangen-Antriebs und etwa 50 der entsprechenden des symmetrischen Gabel-Antriebs.
Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen

Po	Kraft
Pl	Kraft
a	Hebelarm
Oi	Auslenkwinkel
β	Drehwinkel
Md, Antrieb	bzw. bzw. Ausgangsdrehmoment
Md, Antrieb I	Antriebsdrehmoment eines Zahnstan
	gen-Antriebs
Md, Antrieb 2	Antriebsdrehmoment eines symmetri
	schen Gabel-Antriebs
Md, Antrieb 3	Antriebsdrehmoment eines unsymme
	trischen Gabel-Antriebs
Md, Hahn	erforderliches Drehmoment eines
	Kugelhahnkükens beim Schalten
FAntrieb 1	Fläche unter der Md, Antrieb ι («)-Kurve
^Antrieb 2	Fläche unter der Md, Antrieb 2 («)-Kurve
^Antrieb 3	Fläche unter der Md, Antrieb 3 («)-Kurve
FHahn	Fläche unter der Md, Hahn (ß)-Kurve
1	Po («,β)-Kurve des Antriebs 1
2	P₀ (oc,ß)-Kurve des Antriebs 2
3	Po(oc,\|3)-Kurve des Antriebs 3
10	Gabel
U	Führungsbahn
12	Antriebsbolzen
13	Gleitbahn
14	Gehäuse

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch: Gabel-Antrieb für Ventile und dergleichen, bei dem antriebsseitige, vor- und rückläufige, geradlinjge Verstellbewegungen eines in einer gehäusefesten, geradlinigen Gleitbahn geführten Antriebsbolzens mittels einer mit einer Welle drehfest verbundenen Gabel in vor- und rückläufige Schwenkbewegungen der angetriebenen Welle umgewandelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß 1 durch verschieden große Auslenkv.inkel (-ac, +«) der Gabel (10) — bezogen auf ihre senkrecht zur Gleitbahn (13) des Antriebsbolzens (12) gegebene Nullstellung — der Gabel-Antrieb unsymmetrisch ist, wobei

1.1 für den Antrieb eines Kugelhahnkükens mit einem Drehwinkel-Bereich von β = —45 Grad bis β = +45 Grad sich der Auslenkwinkel-Bereich der Gabel von — α = 60 bis 70 Grad nahe der Geschlossenstellung des Kugelhahnkükens bei β = -45 Grad bis + « = 40 bis 30 Grad nahe der Offenstellung des Kugelhahnkükens bei β = +45 Grad erstreckt, wozu

1.2 die Mittelsenkrechte der geradlinigen Gleitbahn im Gehäuse (14) gegenüber der senkrechten Nullstellung der Gabel zur Gleitbahn seitlich verschoben angeordnet ist.

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