DE2821543A1

DE2821543A1 - Apparat zum wahrnehmen des ausmasses der verdrehung bei einem eine drehbewegung verrichtenden teil eine sich bewegenden bzw. eine bewegung uebertragenden mechanismus

Info

Publication number: DE2821543A1
Application number: DE19782821543
Authority: DE
Inventors: Eslzasz Reszoe
Original assignee: KOOLAJ GAZIPARI TERVEZO
Current assignee: KOOLAJ GAZIPARI TERVEZO
Priority date: 1977-05-18
Filing date: 1978-05-17
Publication date: 1978-12-07
Also published as: SU1061710A3; GB1598290A; DE2821543C2; YU119178A; DD136547A5; RO78392A; HU174770B; FR2391449B1; CS315078A2; FR2391449A1; CS241010B2; CH631532A5; AT357230B; PL119343B1; US4406934A; ATA357678A; PL206902A1; BG34040A3; YU39421B

Description

HOFFMANN · ΚΤΤΙΛ? or PARTNER ^

PATENTANWÄLTE C. O A I 0 4

DR. ING. E. HOFFMANN (1930-1976) . Dl PL.-I N G. W. EITLE · D R. RER. NAT. K. HO FFMAN N · D I PL.-I NG. W. LEH N

DIPL.-ING. K. FOCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABELLASTRASSE 4 {STERNHAUS) . D-8000 MO NCH EN 81 · TELEFON (089) 911087 . TELEX 05-29619 (PATHE)

30 683/4 t/ga

OLAJTERV Köolaj- es Gazipari Tervezö Vallalat, Budapest/Ungarn

Apparat zum Wahrnehmen des Ausmaßes der Verdrehung bei einem eine Drehbewegung verrichtenden Teil eines sich bewegenden bzw. die Bewegung übertragenden Mechanismus

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Apparat zum Wahrnehmen des Ausmaßes der Verdrehung bei einem eine Drehbewegung verrichtenden Teil eines sich bewegenden bzw. eine Bewegung übertragenden Mechanismus, beispielsweise einer Rohrabsperrarmatur, sowie zur Abgabe eines Informationssignals und/oder einer Stellgröße bzw. eines Stellsignals, wobei der Apparat an den Mechanismus montierbar und mit den die relative Verdrehung verrichtenden Teilen zusammenarbeitenden Schaltorganen ausgestattet ist und mit einem an den feststehenden Teil des Mechanismus angeordneten Apparateteil, einem an den sich verdrehenden Teil des Mechanismus angeordneten Apparateteil und einem zur Wahrnähme der das Ausmaß der relativen Verdrehung repräsentierenden physikalischen Größe geeigneten Umformer bzw. Kraftschalter versehen ist.

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Gegenstand der Erfindung ist somit ein Apparat, der den Bewegungszustand eines sich verdrehenden Teiles von sich bewegenden bzw. Bewegung übertragenden Mechanismen wahrnimmt und in Abhängigkeit von der momentanen Winkelstellung Informationssignale und/oder Stellgrößen abgibt und der in einer zur Verrichtung dieser Arbeitsgänge geeigneten Stellung so an eine gegebene Konstruktion montiert werden kann, daß dabei die Konstruktion der sich bewegenden bzw. der Bewegung übertragenden Organe im wesentlichen nicht verändert werden muß und darüber hinaus bei bereits in Betrieb befindlichen Konstruktionen so in Betriebsstellung montiert und in Betriebszustand gebracht werden kann, daß dabei die abgeschlossenen und bereits kalibrierten Teile der betreffenden Konstruktion nicht gelöst werden müssen.

Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet für derartige Apparate sind Rohrverschluß oder Drosseleinrichtungen, z.B. Absperrklappen, Schieber, Ventile, Hähne, bzw. die Mitnehmerteile dieser Organe. Die Erfindung wird deshalb im folgenden der leichteren Verständlichkeit halber anhand von Ausführungen dieser Art erläutert, ohne darauf beschränkt zu sein.

Es sind bereits Positionsanzeigeapparate bekannt, mit denen unter anderem Rohrabschlußausrüstungen (Hähne, Absperrklappen, Drosselklappen, Ventile, Schieber usw) mit dem Zweck versehen werden, an eine zentrale Kontrollstelle Signale bzw. Informationen von der geschlossenen, mittleren bzw. geöffneten Stellung der Rohrarmatur abzugeben und unmittelbar und/oder aufgrund eines von einer zentralen Stelle kommenden Befehls auch Eingriffe vornehmen zu können. Auf diese Weise kann also die Einstellung einer maschinellen Einrichtung (z.B. einer Rohrabsperrarmatur) in eine gewünschte Position bzw. die eingenommene Position aus der Ferne kontrolliert und gesteuert werden. Besonders zu handbetätigten Armaturen werden separate Endstellungsanzeigeeinrichtungen vorgesehen. Eine häufig zur Anwendung gelangende Methode ist zum Bei-

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spiel, daß an den Spindeln von Schiebern und Ventilen sov/iean den sich verdrehenden Enden von Hähnen befestigte Anschlagnocken, Hebel usw., festeingestellte (in der Massenproduktion gefertigte) Endschalter betätigen.

In Rohrleitungssystemen sind den technologischen Forderungen entsprechend in der Regel mehrere Rohrabsperrarmaturen vorgesehen, deren Öffnen und Schließen menschlichen Eingriff erfordert. Hierdurch besteht die Möglichkeit einer fehlerhaften Einstellung, deren Beseitigung mittels einer die Übersichtlichkeit des ganzen Systems gewährleistenden zentralen Kontrolleinrichtung möglich ist. Hierzu sind Positionsferngeber erforderlich, deren Ausgangssignal über die Bereitstellung von Informationen hinausgehend auch zur Auslösung eines Eingriffes, d.h. eines Stellvorganges geeignet sein kann.

Die zur Zeit verwendeten mechanischen Fühlorgane können jedoch den Bewegungszustand der sich verdrehenden Teile der Rohrarmaturen nur über derartige Konstruktionselemente zu dem außerhalb der Konstruktion angeordneten Signal-Umformer (Kraftschalter) vermitteln, zu deren Verwendung die innere Konstruktion der sich bewegenden bzw. der die Bewegung übertragenden Organe erforderlich ist. Dies führt einerseits zu einer von den sonstigen Konstruktionen ähnlicher Bestimmung abweichenden Ausführung, was hinsichtlich der Fertigungsseriengroßen, der Ersatzteilversorgung, der Service- und Wartungsbedingungen zu Mehrkosten führt und besondere Fachkenntnisse bzw. eine gewisse Betriebsroutine erfordert. Andererseits erfordert jedoch - und dies ist besonders auf diesem Fachgebiet von besonderer Wichtigkeit - ein nachträgliches Versehen der bereits fertiggestellten und geprüften eventuell sorgar eingebauten und in Betrieb gesetzten Rohrarmaturen mit derartigen Fühlersystemen ein erneutes Zerlegen der bereits wasserdicht bzw. luftdicht eventuell explosionssicher abgedichteten und geeichten sowie genehmigten Konstruktionen. Das darauf notwendige

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erneute Abschließen und das Wiederholen der Eichungs- und Genehmigungsverfahren ist schwierig und kostenaufwendig.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein Positionsfühler und Signalbzw. Stellwertgeberapparat zur Wahrnehmung des Ausmaßes der Verdrehung bei einem sich verdrehenden Teil von sich bewegenden bzw. Bewegung übertragenden Konstruktionen, zum Beispiel Drehbewegungen verrichtenden Mitnehmerteilen von Rohrarmaturen, Schiebern, Ventilen, Hähnen (Erreichen der End- bzw. Ausgangsstellung, momentane Winkelstellung im Vergleich zur Endstellung) und zur Abgabe von Informationssxgnalen und/oder Stellgrößen, wobei es jedoch möglich sein soll, den Apparat ohne die Montage der Hauptteile der Konstruktion in einer mit den die ralative Verdrehung verrichtenden Teilen eine Zwangsverbindung herstellenden Position zu montieren. Ferner soll der Apparat einen auf dem feststehenden Teil der Konstruktion anzuordnenden Apparateteil, einen auf dem sich verdrehenden Teil anzuordnenden Apparateteil und einen das Ausmaß der gegenseitigen relativen Bewegung der Teile wahrnehmenden Signal-Umformer,z.B. einen mechanischen, elektrischen oder pneumatischen Signal-Umformer enthalten.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß auf dem feststehenden Teil des Mechanismus ein erster Ringteil, auf dem sich verdrehenden Teil ein zweiter Ringteil angeordnet ist, die im zusammengefügten Zustand gegeneinander verdrehbar einen ringförmigen Hohlraum umschließen, und daß innerhalb des Ringraumes ein sich verdrehender Teil angeordnet ist, der zum zweiten Ringteil koaxial angeordnet ist und an diesem mittels eines eine Kupplung verwirklichenden Kupplungselernentes angeschlossen ist und daß auf dem sich verdrehenden Teil der sich bewegende Teil eines oder mehrerer Winkelstellungsgeber angeordnet ist, die durch den ersten Ringteil mechanisch oder kontaktlos an den Signal-Umformer angeschlossen sind.

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Unter mechanischer Verbindung ist hierbei die unmittelbare Berührung von Konstruktionselementen, unabhängig davon zu verstehen, ob diese konstruktionsmäßige Berührung bzw. dieser Kontakt funktionell eine mechanische (z.B. Hubnocken), elektrische (z.B. Bürste) oder pneumatische Signalübertragungswirkung aufweist.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die beiden Ringteile mit wasserdichten, und/oder luftdichten, eventuell explosionssicheren und eine inneren überdruck sichernde Anpassung verwirklichende Dichtungen bzw. Spaltherausführungen und Lagerungen hergestellt. Das als Kupplung dienende Bauelement kann eine starre oder elastische Kupplung sein.

Die Erfindung wird im folgenden detaillierter anhand der Zeichnungen beschrieben, die vorteilhafte Ausführungen eines erfindungsgemäßen Apparates darstellen.

Fig. 1a bis 1 c dienen zur Darstellung der bei sämtlichen

- konstruktionsmäßig übrigens voneinander abweichenden - Ausführungsformen zur Verwirklichung gelangenden grundlegenden Merkmale,

Fig. 1a zeigt dabei die beiden den Ringraum um

gebenden Ringteile in aneinandergefügtem Zustand, perspektivisch dargestellt,

Fig 1b zeigt die aneinandergefügten Ringteile im

Schnitt, wobei der in der Fig. sichtbare Ringraum noch leer ist, und die inneren Ausrüstungen noch fehlen,

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Pig. 1c zeigt eine Detailschnittzeichnung einer

explosionssicheren Ausführung,

Fig. 2a bis 2c

und 3a bis 3d zeigen Darstellungen des Ringraumes von Aus-

führungsformen mit elastischer Kupplung,

Fig. 4a bis 4d zeigen Schnittzeichnungen von Ausführungsund 5a und 5b formen, die mit Planetenrädern bzw. mit einer

austauschbaren Übertragungseinheit ausgestattet

sind,

Fig. 6a bis 6d zeigen eine mit Wegkopiermechanismus ausgestattete Ausführungsform mit einem Kupplungselement aus einer Kombination starrer und elastischer Verbindungen, und

Fig. 7 zeigt von den als elektrische Impulsgeber

arbeitenden Ausführungsformen das Schema einer Ausführung mit induktivem Polrad.

Aus Fig. 1a ist zu ersehen, daß der erste Ringteil 101 an einem feststehenden Halter, der zweite Ringteil 102 an einer sich verdrehenden Konstruktion befestigt werden kann, deren eine mögliche Drehrichtung durch einen Pfeil symbolisiert ist. Die gezeigte Anordnung ist der montierte Zustand des Apparates.

Die konkrete Anwendungsstelle bestimmt, aus wieviel Konstruktionsteilen diese fertige Form fertigungstechnologisch zusammengefügt werden muß. Das Wesentliche besteht darin, daß nach dem Zusammenbau insgesamt zwei Ringteile - bei diesem Beispiele zwei Halbringe - in einer oder in mehreren Ebenen aufeinander aufliegen und so den in Fig. 1b im Schnitt dargestellten Ringraum bilden.

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Zur Sicherung der ralativen Verdrehung wird die Lagerung 103 in der Regel als Kugellager ausgeführt. Die wasserdichte Ausführung wird durch die Dichtung 104 symbolisiert. Natürlich wird ihre Ausführung abweichend sein, wenn eine hermetische Dichtung zur Anwendung gelangen soll. Die in Fig. 1c dargestellte explosions- und gegen inneren Überdruck sichere Ausführung besitzt außer der Dichtung 104 einen Plammenlöschspalt 105. Ist im Ringraum nicht nur der bewegliche Teil des Winkelstellungsgebers, sondern auch der feststehende Teil bzw. der gesamte Signal-Umformer angeordnet, sowird das Ausgangssignal durch das in der Fig. dargestellte, durch die Wand des ersten Ringteiles 101 herausgeführten Kupplungselement, zum Beispiel an das Signalverarbeitungsorgan bzw. an die Stellglieder weitergeleitet. Ist im Ringraum nur der sich bewegende Teil des Winkelstellungsgebers angeordnet, so erfolgt die Kopplung mit dem feststehenden Teil bzw. dem Umformer (Kraftschalter) ebenfalls durch die Wand des ersten Ringteiles 101 - oder durch eine in der Wand ausgebildete Öffnung -, wobei das das Ausgangssignal weiterleitende Kopplungselement 106 - in Fig. 1c ein Kabel dabei durch die Wand des Signal-Umformergehäuses hindurchgeführt ist.

Bei den weiteren Figuren erfolgt die Verwendung der Bezugsbezeichnungen in der Weise, daß die erste Zahl der dreistelligen Bezugszahl stets die Fig.-Nummer und bei Positionen, die in mehreren Fig. vorkommen, auch die zweite und die dritte Zahl bei jeder Figur übereinstimmen. Dadurch ist zwar die Reihenfolge der Bezugszahlen unterbrochen, jedoch können die Zusammenhänge leichter erkannt werden.

Bei den einzelnen Figuren wurden die Schnittebenen strichpunktiert dargestellt und die jeweilige Fig.-Nummer als Bezugsbezeichnung angegeben.

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Fig. 2a stellt eine Vorderansicht und Fig. 2b eine Draufsicht im Schnitt dar. Das den Winkelstellungsgeber zeigende Detail ist in Fig. 2c dargestellt. Im vorderen Ringteil 201 ist ein mit einer Anschlagsnut ausgeführtes feststehendes Rad 218 befestigt. An der äußeren Wand des ersten Ringteiles 201 ist ein den Umformer 213 enthaltendes geschlossenes Gehäuse 214 angeordnet. Durch die äußere Wand des Gehäuses 214 ist das das Ausgangssignal weiterleitende Kupplungselement 206 herausgeführt, das auch bei dieser Ausführung ein Kabel ist. Der Umformer 213 selbst enthält bei diesem Beispiel Mikroschalter 211, die durch die Rollenhebel 210 betätigt werden. Die Rollenhebel 210 erreichen durch die in dem durch das geschlossene Gehäuse 214 abgedeckten Teil des ersten Ringteiles 201 ausgebildeten Öffnungen 215 in die Bewegungsbahn 217 des bzw. der beweglichen Teile 209 des in dem Ringraum angeordneten Winkelstellungsgeber, der entlang eines Abschnittes der Bahn 217 mit einer unterbrochenen Linie eingezeichnet wurde. Bei diesem Beispiel sind die sich bewegenden Teile 209 des Winkelstellungsgebers auf dem Mantel des umlaufenden Teiles 207 ausgebildete Nocken, Segmente oder dergleichen und die Rollenhebel 210 betätigen auf die LSIocken auflaufend den einen bzw. den anderen Mikroschalter 211, je nach dem, ob die Rohrarmatur im Verlaufe der Winkelverdrehung die Endstellung erreicht oder in ihre Ausgangsstellung zurückgekehrt ist. Bei einer Ausführungsform beträgt der zwischen den beiden Endstellungen liegende Winkelabstand 90 . Die Funktion des Verbindungselementes zwischen dem sich verdrehenden Teil 207 und dem zweiten Ringteil 202 wird durch einen Wellfederring 216 bewerkstelligt, der mit einer eine Reibkraftverbindung gewährleisteten Vorspannung zwischen dem zweiten Ringteil 202 und dem sich verdrehenden Teil 207 in der Weise angeordnet ist, daß sich die inneren Wellscheitelpunkte des Federringes 216 an den äußeren Mantel des Ringteiles 202 und die äußeren Wellscheitelpunkte an den inneren Mantel des sich verdrehenden Teiles 207 abstützen. Die Anschlagnut des feststehenden Rades 218 bildet die Signalbereichbahn 208, deren Winkelabstand zwischen den beiden Endstellungen übereinstimmt (in diesem

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Beispiel demgemäß 90° beträgt) und deren Winkelstellung so ausgewählt ist, daß der auf dem äußeren Mantel des sich verdrehenden Teiles 207 ausgebildete Anschlag 212 zu dem Zeitpunkt an die eine Wand der Nut anschlägt, zu der der die eine Endstellung abfühlende Rollenhebel 210 auf den den beweglichen Teil 209 des Winkelstellungsgebers bildenden Nocken aufläuft, an die andere Wand hingegen zu dem Zeitpunkt, zu dem der die andere Endstellung abtastende Rollenhebel 210 auf den Nocken aufläuft.

Die Arbeitsweise wird anhand der Kontrolle der Bewegung des auf eine Verdrehung von 90° ausgelegten Maschinenteiles erläutert. Wird der Maschinenteil in die eine Endstellung gebracht, so geht der Positionsgeberapparat ebenfalls in die eine Endstellung, indem während des Verdrehens der sich verdrehende Teil 207 bei Erreichen der Endstellung durch den Anschlag 212 angehalten wird, wobei die Rohrarmatur (z.B. der Rohrabsperrhahn) und der an seiner Welle befestigte zweite Ringteil 202 entgegen der durch den Wellfederring 216 ausgeübten Reibkraft bis zur Endstellung des Hahnes sich weiterverdrehen kann. Die Länge und die Winkelstellung des den sich bewegenden Teil 209 bildenden Nockens ist so auszuwählen, daß die Rolle des Rollenheberhebels 210 entlang der Länge des gewünschten Vorschaltwinkels angehoben bleibt.

Fig. 3a stellt einen Schnitt eines weiteren Ausführungsbeispieles in einer Vorderansicht dar. Fig. 3b zeigt eine Draufsicht dieser Ausführungsform und Fig. 3c eine Ausführung mit verlängertem Fühlerarm. Fig. 3d wiederum zeigt einen Schnitt einer Ausführung mit mehreren Umdrehungen. Bei diesen Ausführungsbeispielen ist auf dem zweiten Ringteil 302 verdrehbar der sich verdrehende Teil 307 und zwischen diesen mit einer Vorspannung der die Reibkraft sichernde Wellenfederring 316 angeordnet. Der Umfangsmantel des aus dem äußeren Mantel des sich verdrehenden Teiles 307 hervorstehend ausgebildeten Winkelstellungsgebers 309 besitzt eine im Vergleich zum Drehpunkt des sich verdrehenden Teiles 307 einen

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veränderlichen Radius aufweisende Bahn, zum Beispiel eine ansteigende Spirale, auf die die Rolle des Rollenhebels 310 durch die Feder 327 des Abfühlorgans aufgedrückt wird. Der Rollenhebel 310 verdreht sich um die auf dem ersten Ringteil 301 angeordnete Achse. Auf der Achse ist der Schalthebel 328 mindestens eines Mikroschalters 311 angeordnet. Dieser Schalthebel 328 wird durch eine Schaltfeder 329 mit der zum Umschalten erforderlichen Kraft an den Betätigungsstift des Mikroschalters 311 angedrückt. An den Rollenhebelbogen 310 ist ein mit einer Klaue versehener Schaltbogen 330 entlang des Kreises verschiebbar angeordnet. Zwischen dem Rollenhebelbogen und dem Schaltbogen 330 sind zur Sicherung der Reibkraft vorgespannte Abdrückfedern 331 durch Stellschrauben festgehalten, mit Hilfe deren das Zusammendrücken der Federn eingestellt werden kann. Die Klaue des Schaltbogens 330 ist auf ihrer dem Mikroschalter 311 abgewandten Fläche mit dem Schalthebel 328 in Berührung und wirkt in der sich vom Mikroschalter 311 entfernenden Richtung.

Auf dem der ansteigenden Bahn des sich bewegenden Teiles 309 folgenden Rollenhebel 310 ist der mit Anschlagklaue versehene Schaltbogen 330 fixiert. Mit dem Anschlagen an die Anschlagschraube 332 ist die eingestellte Vorschaltung erreicht.

Die die Rolle haltende Stange des Rollenhebels 310 kann verlängert werden, wodurch eine weiter weg gelegene Anordnung (siehe Fig. 3c) des Umformergehäuses 314 vom Ringraum ermöglicht werden kann.

Bei der Ausführung gemäß Fig. 3d ist der den mit ansteigender Bahn ausgeführten beweglichen Teil 309 des Winkelstellungsgebers tragende sich bewegende Teil 307 auf einem durch eine Zahnradübersetzung angetriebenen weiteren sich verdrehenden Teil 325 - gegen eine Reibkraft verdrehbar - angeordnet. Bei dieser Ausführung vollführt die Rolle des Rollenhebels 310 eine annähernd radiale Bewegung, mit deren Hilfe Umformer beliebiger Zahl (Mikroschalter, Magnetschalter, Potentiometer usw.) die Fernanzeige von

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Stellungen beliebiger Zahl ermöglichen. Außerdem ergibt sich bei dieser Ausführung die Möglichkeit, den sich bewegenden Teil des Winkelstellungsgebers im Inneren der Maschine und den im Signal-Umformer außerhalb der Maschine anzuordnen (beispielsweise kann der sich verdrehende Teil 307 auch im Übersetzungsgetriebe des Schiebers - unter dem öl - angeordnet werden).

Fig. 4a bis d zeigen einen Querschnitt sowie drei Schnittzeichnungen in Draufsicht in den Ebenen 4b, 4c und 4d der Fig. 4a.

Als Schaltelement wird hier ein außenverzahntes Planetenrad 419 verwendet, das auf einem im Vergleich zur Drehachse sich verdrehenden Teiles 407 exzentrisch angeordneten, eine äußere Lauffläche aufweisenden Lager 420 verdrehbar gelagert ist. Das Planetenrad 419 steht mit einem am ersten Ringteil 401 befestigten, einen größeren Teilkreisdurchmesser als das Planetenzahnrad 419 aufweisenden innenverzahnten Zahnrad 421 direkt oder indirekt in Eingriff und ist mit einem an dessen äußerer Ebene angeordneten Konstruktionselement, z.B. einen Stift mit einem weiteren sich verdrehenden Teil 425 verbunden. In dem Ausführungsbeispiel ist der Eingriff indirekt, da das Planetenzahnrad 419 über ein außenverzahntes weiteres Zahnrad 422, welches zum Planetenzahnrad koaxial (daneben) angeordnet ist, jedoch einen von dessen Teilkreisdurchmesser abweichenden Teilkreisdurchmesser (d. nicht gleich d„ ; n.. nicht gleich n„) aufweist, mit dem an das einen größeren Teilkreisdurchmesser aufweisende sich verdrehende Teil 425 koaxial befestigten innenverzahnten Zahnrad 423 in Eingriff steht.

Der weitere sich verdrehende Teil 425 ist auf der an den ersten Ringteil 401 koaxial befestigten, oder auf diesem ausgebildeten Lagerfläche verdrehbar gelagert. Auf dem weiteren sich verdrehenden Teil 425 ist bzw. sind der bzw. die sich verdrehenden Teile 407 verdrehbar angeordnet. Zwischen dem sich verdrehenden 407 und dem bzw. den weiteren sich verdrehenden Teilen 425 versieht der die

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Reibkraft durch Vorspannung gewährleistende Wellfederring 416 die Funktion des Verbindungselementes. Der bewegliche Teil 409 des einen Winkelstellungsgebers ist ein auf dem Mantel eines weiteren sich verdrehenden Teiles 425 vorgesehener Nocken (oder ein Segment usw). Der eine Rollenhebel 410 schaltet beim Auflaufen auf den einen Nocken in der Endstellung in der einen Drehrichtung den einen Mikroschalter 411- Ebenso schaltet der andere Nocken des sich verdrehenden Teiles 407 als beweglicher Teil 409 den anderen Mikroschalter 411, sobald die Endstellung in der entgegengesetzten Drehrichtung erreicht ist.

Im ersten Ringteil 401 sind Nuten 426 vorgesehen, in denen - in Längsrichtung verstellbar - die Anschläge 412 befestigt sind, die an die radiale Wand des sich bewegenden Teiles 409 in den Endstellungen ausschlagen. In der die anderseitige radiale Wand der die beweglichen Teile 409 bildenden Nocken sind - ein- und ausschraubbar - die zur Fixierung der Grundstellung dienenden Anschlagschrauben 424 in den im ersten Ringteil 401 vorgesehenen Gewindebohrungen angeordnet.

Bei dieser Ausführung ist der zwischen den beiden Endstellungen liegende Winkelabstand bei einer Umdrehung etwa 350 . Dazu sind soviele volle Umdrehungen hinzuzurechnen, die den Wert η der Zahnradübersetzung (in diesem Falle einer Planetenradübersetzung) entsprechen. Durch Ausbau der PlanetenZahnräder 419 bzw. 422 und des exzentrischen Lagers 420 und durch die starre Verbindung des weiteren sich verdrehenden Teiles 425 und des zweiten Ringteiles 402 können auch kleinere Verdrehwinkel als 330° (z.B. 90°) mittels des Apparates zur Fernanzeige gebracht werden.

Die Länge des den beweglichen Teil 409 des Wxnkelstellungsgebers bildenden Nockens und die fixierte Stellung des Anschlages 412 in der Anschlagnut 426 ist so zu wählen, daß die Rolle des Rollenhebels 410 entlang des gewünschten Vorschaltwinkels ange-

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hoben bleibt.

Die Fig. 5a und 5b zeigen in einem Halbschnitt und in einer Draufsicht die Anordnung einer auswechselbaren Zahn- und/oder Schneckenradübersetzungseinheit .

In einem Sektor des ersten Ringteiles 501 ist das den bereits bekannten kompletten Umformer enthaltende geschlossene Gehäuse 514, im anderen Sektor, in einem weiteren geschlossenen Gehäuse 533, die austauschbare Zahnradübersetzungseinheit 534 angeordnet. An dem zweiten Ringteil 502 ist das Antriebszahnrad 535 befestigt, das über die Zahnräder der Übersetzungseinheit 534 den weiteren sich verdrehenden Teil 525 über das darauf ausgebildete oder daran befestigte Zahnrad 536 antreibt. Bei Verbindung der auf eine gemeinsame Welle nebeneinander aufgekeilten Zahnräder mit der Bezeichnung "Plus" sowie bei Verbindung der miteinander in Eingriff stehenden (zum Teil der innerhalb der Übersetzungseinheit ineinandergreifenden, zum Teil einerseits einen Teil des Verbindungselementes bildenden, andererseits einen Teil der Übersetzungseinheit bildenden) Zahnräder mit der Bezeichnung "Minus", kann die Übersetzungskette in folgender Weise mit einer Formel zum Ausdruck gebracht werden (unter Bezeichnung der Elemente mit der Bezugszahl) : 535 - (a+b) - (c+d) - (e+f) - 536.

Bei dieser Ausführung können in der Übersetzungseinheit 534 natürlich durch Änderung der Zahnräder viele verschiedene Übersetzungen eingestellt werden. So kann zum Beispiel die kleinste Übersetzung durch Aufkeilen der Zahnräder (a+f) auf eine gemeinsame Welle eingestellt werden. Durch Weglassen der Übersetzungseinheit können durch starre Verbindung des zweiten Ringteiles 502 und des weiteren sich verdrehenden Teiles 525 auch kleinere Verdrehungen als 330 unmittelbar zur Fernanzeige gebracht werden.

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Die Fig. 6a bis 6d zeigen in der Ringebene und im Querschnitt (Fig. 6a) den Anschluß der mit Kopiergetriebe versehenen Verdrehungsanzeigeeinrichtung 639 an den sich verdrehenden Teil 607, im Längsschnitt und in der Seitenansicht (Fig. 6b) sowie in vier Querschnitten (Fig. 6c) den mechanischen Teil der mit Kopiergetriebe versehenen Verdrehungsanzeigevorrichtung 639 und in der Vorderansicht (Fig. 6d) den Umformerteil 611.

An einem Zahnkranz bzw. ein Schneckengewinde, das auf dem an dem zweiten Ringteil 602 befestigten, sich verdrehenden Teil 607 angeordnet ist und das die Rolle des sich bewegenden Teiles 609 einnimmt, da seine Zahnstellung die Verdrehungswinkellage repräsentiert, ist das angetriebene Zahn- bzw. Schneckenrad 637 der die Winkelverdrehung anzeigenden Vorrichtung 639 angeschlossen, das auf eine Gewindekeilwelle aufgekeilt ist. Auf dem Schraubengewinde der Welle verdrehbar, jedoch mit dem sich verdrehenden Schaltrahmen 642 die Verdrehung hindernd festgehalten ist eine Wegkopier-Kabelmutter 641 angeordnet. Auf dem Gewinde der Gewindewelle 640 in axialer Richtung verschiebbar jedoch in einer durch die Nut-Keilwirkung die Verdrehung erzwingenden Zwangsverbindung sind zwei gewindelos aufgekeilte umlaufende Räder 644 angeordnet und mit diesen ist je ein mit Muttergewinde versehener weiterer sich verdrehender Teil 625 zusammengefügt. Zwischen dem umlaufenden Rad 644 und dem weiteren sich verdrehenden Teil 625 ist mit einer die Reibverbindung gewährleistenden Vorspannung ein Wellenfederring 616 angeordnet. Die Gabelmutter 641 ist an beiden Seiten mit Anschlägen 643 ausgestattet, denen gegenüber auch auf der Seite der umlaufenden Räder 644 je ein Anschlag ausgebildet ist. An der Seitenwand des geschlossenen Gehäuses 638 ist mindestens ein Mikroschalter 611 angeordnet, dessen Schaltstift mittels der Schaltfeder 629 durch den einen Zweig des Schalthebels 628 mit einer das Umschalten hervorrufenden Kraft gedrückt wird. Der andere Zweig des an dem gewindelosen freien Ende der Gewinde-Keilwelle

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640 verdrehbar angeordneten Schalthebels 628 drückt, den Schaltrahmen 642 mit der Kraft der Schaltfeder 629 in Richtung der Mittelstellung.

Die Verdrehung beider Schalthebel 628 wird durch je einen - verschiedene Vorschaltwinkel zulassende und feststellbare - Schraubenanschläge 612 begrenzt. Bei dieser Ausführung ergibt sich die volle Übersetzung aus dem Produkt der Zahl der feien Windungen der Gewinde-Keilwelle 640 und der Zähnezahl des im Ringraum befindlichen angetriebenen Schneckenrades 637, wenn das Schneckengewinde eingängig ist. Der Winkelverdrehungsanzeigeeinheit sind vor Inbetriebsetzung des Apparates die weiteren sich verdrehenden Teile 625 gegen die Reibkraft von Hand angetrieben und bis zum Anschlag an die auf der Gewinde-Keilwelle 640 wo immer stehende Kabelmutter 641 zu bewegen, damit bei Einstellung der Armatur in die Endstellungen die Gabelmutter 641 selbst die weiteren sich verdrehenden Teile 625 in die Endstellungen bewegt. Dies beseitigt demgemäß die von Hand erfolgende - fehlerempfindliche - Einstellung. Dieser Vorteil besteht übrigens bei sämtlichen erfindungsgemäßen Positionsanzeigetypen, wenn nach der Einstellung die Armaturen einmal in die eine und hiernach in die andere Endstellung gebracht wird. Ein weiterer Vorteil dieses Umstandes wird durch die folgende detaillierte Beschreibung des Vorganges aufgezeigt.

In der Einheit 639 sind vor Betätigung des Apparates die weiteren sich verdrehenden Teile 625 von Hand gegen die Reibkraft bis zum Anschlag an die auf der Welle 640 wo immer stehende Gabelmutter

641 zu treiben. Bei Ingangsetzung der Rohrarmatur in die eine Endstellung nimmt das eine mit Laufkeil versehene umlaufende Rad 644 unter Einwirkung der durch den Federring 616 gesicherten Reibverbindung den weiteren sich verdrehenden Teil 625 mit und dessen Anschlagkante 643 verdreht den Schaltrahmen 642 soweit, bis dies der die Vorschaltung bestimmende Anschlag 612 bei Verhinderung

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der Weiterverdrehung des Schalthebels 628 zuläßt. Bei Weiterbewegen der Rohrarmatur in der einen Endstellung bewegt sich die Gabelmutter 641 durch den Rahmen in ihrer Verdrehung gehindert in axialer Richtung entlang der umlaufenden Welle 640 mit dem mit ihr in Anschlagverbindung befindlichen weiteren sich verdrehenden Teil 625 zusammen, der das mit ihm in Reibverbindung befindliche mit Laufkeil versehene umlaufende Rad 644 vor sich herschiebt. Bei Erreichen der einen Endstellung wird die durch den verdrehenden Teil 625 und das sich verdrehende Rad 644 gebildete Einheit unter Einwirkung der zwischen ihnen vorliegenden Reibverbindung auf der Welle fixiert. Bei Bewegen der Rohrarmatur in Richtung der anderen Endstellung nimmt die Gabelmutter 641 die andere - durch den sich verdrehenden Teil 625 und das sich verdrehende Rad 644 gebildete Einheit bis zu einer der anderen Endstellung entsprechenden Entfernung dadurch mit, daß der Schaltrahmen bei dem in der anderen Richtung vorgesehenen Anschlag 612 festgehalten wird. Die Schalthebel 628 halten unter Einwirkung der Schaltfeder 629 in den Zwischenstellungen den Schaltrahmen 642 in der Mittelstellung, von wo er dann - sich in die eine bzw. andere Richtung bewegend - durch Bewegen der Schalthebel 628 den einen oder anderen Mikroschalter umschaltet. Dabei ist zu bemerken, daß die durch den Verschleiß der Rohrarmatur bedingte Endstellungsverschiebung sowie die Verschiebung der - durch den sich verdrehenden Teil 625 und das sich verdrehende Rad 644 gebildeten - Einheit zur Folge hat, so daß der Apparat die infolge des Verschleißes verschobene Neuendstellung richtig anzeigt.

Fig. 7 zeigt eine Skizze mit einer induktiven Variante des als elektrischen Impulsgeber ausgebildeten Winkelstellungsgebers. Aus der Figur ist zu ersehen, daß der sich verdrehende Teil 707 als Polrad ausgebildet ist, dessen aus ferromagnetischem Material ausgebildete Pole die beweglichen Teile 709 des Winkelstellungsgebers bilden, wobei auf dem ersten Ringteil 701 - dem Polrad gegenüberliegend - induktive Wicklungen 746 angeordnet sind, deren Anschlüsse an die weitere Signalverarbeitungseinheit 745 angeschlossen sind.

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Natürlich kann in gleicher Weise auch eine kapazitive Variante des elektrischen Impulsgebers vorgesehen werden, wobei die Pole des den sich verdrehenden Teil 707 bildenden Polrades durch kapazitive Armaturen ausgebildet werden, und diese die sich bewegenden Teile 709 des Winkelstellungsgebers sind und auf dem ersten Ringteil 701 - dem Polrad gegenüberliegend - ebenfalls kapazitive Armaturen ausgebildet oder angeordnet sind.

Bei der galvanisch gekoppelten Ausführung des elektrischen Impulsgebers sind auf dem Mantel des sich verdrehenden Teiles 707 als sich bewegende Teile 709 des Winkelstellungsgebers Kontaktschleifen angeordnet und aus dem ersten Ringteil 701 reichen elektrische Kontakte in die Bewegungsbahn der den sich bewegenden Teil 709 bildenden Kontaktschleifen hinein.

In ähnlicher Weise kann auch ein Impulsgeber ausgeführt werden, bei dem der sich bewegende Teil 709 und der dem gegenüberstehende Teil ein pneumatischer Umformer ist.

Der Erfindungsgedanke geht von den grundlegenden Merkmalen der Signalwahrnehmung und - Umformung sowie dem Mechanismus der Signalweiterleitung aus. Natürlich sind neben den beschriebenen zahlreiche andere Varianten und Ausführungen möglich. Die Wellenverbindung kann zum Beispiel magnetisch, mit einer induktiven Kopplung verwirklicht sein und der Kreis des Sortimentes kann noch durch zahlreiche weitere zum derzeitigen Stand der Technik gehörende funktioneile Lösungen - im Interesse der optimalen Anpassung an die jeweilige Einsatzstelle - bereichert werden.

Weiterhin kann der Apparat auch als Betätigungsorgan für Ventile und ähnliche Vorrichtungen angewandt werden. In diesem Falle ist ein Antriebsmotor am feststehenden Teil angebracht, der den sich verdrehenden Teil bewegt.

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Claims

HOFFMANN · SlTLK & PARTNER PATENTANWÄLTE 2 O 2 1 D H 3 DR. ING. E. HOFFMANN (1930-1976) · DIPL.-I NG. W.EITLE · DR. RER. NAT. K. HOFFMANN · DIPL.-ING. W. LEHN DIPL.-ING. K. FDCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABELLASTRASSE 4 (STERN HAUS) · D-8000 MDNCHEN 81 · TELEFON (089) 911087 · TELEX 05-29619 (PATHE) 30 683/4 t/ga OLAJTERV Köolaj- es Gazipari Tervezö Vallalat, Budapest/Ungarn Apparat zum Wahrnehmen des Ausmaßes der Verdrehung bei einem eine Drehbewegung verrichtenden Teil eines sich bewegenden bzw. eine Bewegung übertragenden Mechanismus Patentansprüche

1. Apparat zum Wahrnehmen des Ausmaßes der Verdrehung bei einem eine Drehbewegung verricntenaun teil eines sich bewegenden bzw. eine jJewegung übertragenaen Mechanismus, beispielsweise einer Rohrabsperrarmatur sowie zur Abgabe eines Informationssignals und/oder einer Stellgröße oav/. eines Stellsignals, wobei aer Apparat an den riechanismus montierbar und mit den die relative Verdrehung verrichtenden Teilen zusammenarbeitenden Schaltorganen ausgestattet ist und mit einem an den feststehenden Teil des Mechanismus angeordneten Apparateteil, einem an den sich verdrehenden Teil des Mechanismus angeordneten Apparateteil und einem zur Wahrnähme der das Ausmaß der relativen Verdrehung

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ORIGINAL INSPECTED

repräsentierenden physikalischen Größe geeigneten Umformer bzw. Kraftschalter versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem feststehenden Teil des Mechanismus ein erster Ringteil (101), auf dem sich verdrehenden Teil ein zweiter Ringteil (102) angeordnet ist, die im zusammengefügten Zustand gegeneinander verdrehbar einen ringförmigen Hohlraum umschließen, und daß innerhalb des Ringraumes ein sich verdrehender Teil (207) angeordnet ist, der zum zweiten Ringteil (102) koaxial angeordnet ist und an diesem mittels eines eine Kupplung verwirklichenden Kupplungselementes angeschlossen ist und daß auf dem sich verdrehenden Teil (207) der sich bewegende Teil (209) eines oder mehrerer Winkelstellungsgeber angeordnet ist, die durch den ersten Ringteil (101) mechanisch oder kontaktlos an den Signal-Umformer (213) angeschlossen sind.

2. Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ringteile (101 u. 102) als eine wasserdichte und/oder luftdicht schließende Passung gewährleistende Dichtungen (104) ausgeführt sind.

3. Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ringteile (101 und 102) mit einem

explosionssicheren und gegen inneren Überdruck sicheren Aufbau gewährleistenden normalen Flammenlöscher-Spalt (105) und mit normaler Lagerung (103) ausgestattet sind.

4. Apparat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der sich verdrehende Teil (207) mittels eines eine elastische Kupplung bildenden Kupplungselementes mit dem zweiten Ringteil (102) verbunden ist.

5. Apparat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der sich verdrehende Teil (707) mittels eines eine starre Kupplung bildenden Kupplungselementes mit dem zweiten Ringteil (702) verbunden ist.

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6. Apparat nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Umformer (2¹3) an der Außenwand des ersten Ringteiles (201) in einem geschlossenen Gehäuse (214) angeordnet und durch die Außenwand dieses Gehäuses (214) das Ausgangskopplungselement (206) des Umformers (213) hindurchgeführt ist, wobei in dem durch das geschlossene Gehäuse abgedeckten Teil des ersten Ringteiles (201) eine oder mehrere Öffnungen (215) ausgebildet sind, und durch diese Öffnungen (215) ein oder mehrere Fühler des Umformers (213) beispielsweise Rollenhebel (210) in die Bewegungsbahn (217) des bzw. der sich bewegenden Teile (2o9) des im Ringraum angeordneten Winkelstellungsgebers hineinreichen.

7. Apparat nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß im ersten Ringteil (201) ein mit Anschlagnut versehenes feststehendes Rad (218) befestigt und der sich verdrehende Teil (207) ein Nockenrad ist, wobei das Verbindungselement ein zwischen dem zweiten Ringteil (202) und dem sich verdrehenden Teil (207) angeordneter, durch Vorspannung eine Reibkraftverbindung gewährleistender Wellfederring (216) ist und der bzw. die sich bewegenden Teile (209) des Winkelstellungsgebers an dem äußeren des sich verdrehenden Teiles (207) ausgebildete hervorstehende Teile, Nocken, Segmente und dergleichen sind.

8. Apparat nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der den sich bewegenden Teil (309) des Winkelstellungsgebers bildende, auf dem Außenmantel des sich verdrehenden Teiles (307) angeordneten hervorstehende Teile entlang des Umfanges einer kontinuierlichen Linie, zum Beispiel einer Schneckenlinie folgend, mit einem sich erhöhenden Mantel ausgebildet ist.

9. Apparat nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß an dem äußeren Mantel des sich verdrehenden Teiles (207) und auf dem inneren Mantel des feststehenden Rades

(218) die zusammenarbeitenden Konstruktionselemente an sich be-

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kannter Endanschlagkonstruktionen angeordnet oder ausgebildet sind.

10. Apparat nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement eine zwischen dem zweiten Ringteil (402) und dem sich verdrehenden Teil (407) angeordnete Planetenradübersetzung mit ersten und zweitem Planetenzahnrad (419 und 422) ist, die koaxial nebeneinander in starrer Verbindung vorgesehen oder einstückig ausgebildet und mit abweichendem Teilkreisdurchmesser (d. ungleich d ) und Übersetzungsverhältnis (n₁ ungleich n„) ausgestattet sind und auf dem inneren Mantel des ersten Ringteiles (401) ein innenverzahntes Zahnrad (421) ausgebildet oder feststehend angeordnet ist, mit dem das erste Planetenzahnrad (419) in Eingriff steht, wobei das zweite Planetenzahnrad

(422) mit dem mit einem innenverzahnten Zahnrad ausgestatteten weiteren, sich verdrehenden Teil (425) in Eingriff steht und zwischen dem mit dem sich bewegenden Teil (409) des Winkelstellungsgebers ausgestatteten, sich verdrehenden Teil (407) und dem weiteren sich bewegenden Teil (425) ein durch Vorspannung eine Reibkraftverbindung gewährleistender Wellfederring (416) angeordnet ist.

11. Apparat nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der sich verdrehende Teil auf einem weiteren sich verdrehenden Teil (425) verdrehbar gelagert ist und daß der sich weiter verdrehende Teil (425) gegenüber dem am ersten Ringteil (401) befestigten Konstruktionselement (401a) verdrehbar gelagert ist.

12. Apparat nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß an der äußeren Seitenwand des ersten Ringteiles (501) ein weiteres geschlossenes Gehäuse (533) angeordnet ist, und daß an dem durch dieses weitere geschlossene Gehäuse (533) abgedeckten Teil in der äußeren Wand eine weitere Öffnung (515) ausgebildet ist und daß in dem weiteren geschlossenen Gehäuse (533) eine ein- oder mehrstufige Übersetzungseinheit (534) angeordnet ist, von der mindestens das eine Zahnrad (534a) durch die weitere öffnung (515) in dem Ringraum hineinreicht und dort

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mit mindestens einem Zahnrad (535) der das Schaltelement bildenden Zahnradübersetzung in Eingriff steht.

13. Apparat nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch g e kennz eichnet, daß der sich bewegende Teil (609) des Winkelstellunggebers durch einen auf dem Mantel des sich verdrehenden Teiles (607) ausgebildeten oder angeordneten Zahnkranz oder ein Schneckengewinde (635) mit dem durch die Außenwand des ersten Ringteiles (601) in den Ringraum hineinreichenden Zahnrad (637) in Eingriff steht und das Zahnrad (637) einen Teil der in dem an der Außenwand des ersten Ringteiles (601) angeordneten Gehäuse (638) vorgesehenen, mit einem Kopierwerk ausgestatteten Winkelverdrehungs-Signalgebervorrichtung (639) bildet.

14. Apparat nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkelstellungsgeber ein an sich bekannter Impulsgeber ist.

15. Apparat nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkelstellungsgeber ein elektrischer Impulsgeber ist und der sich verdrehende Teil (707) als Polrad ausgebildet ist, dessen Pole die sich bewegenden Teile (709) des Winkelstellungsgebers sind und daß auf dem ersten Ringteil (701) dem Polrad gegenüberliegend, induktive Wicklungen (746) angeordnet sind.

16. Apparat nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkelstellungsgeber ein elektrischer Impulsgeber und der sich verdrehende Teil (707)ein Polrad ist, dessen Pole durch kapazitive Armaturen gebildet werden, daß diese Armaturen die sich bewegenden Teile (709) des Winkelstellungsgebers sind und daß auf dem ersten Ringteil (701),dem Polrad gegenüberliegend ebenfalls kapazitive Armaturen ausgebildet oder angeordnet sind.

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17. Apparat nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkelstellungsgeber ein elektrischer Impulsgeber ist, daß auf dem Mantel des sich verdrehenden Teiles (707) als bewegliche Teile (709) des Winkelstellungsgebers Kontaktschleifen ausgebildet oder angeordnet sind und daß auf dem ersten Ringteil (701) elektrische Kontakte in die Bewegungsbahn der den sich bewegenden Teil (709) bildenden Kontaktschleifen hineinreichen.

18. Apparat nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkelstellungsgeber ein pneumatischer Impulsgeber ist.

19. Apparat nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß ein Antriebsmotor am feststehenden Teil angebracht ist, der den sich verdrehenden Teil bewegt.

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