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Drehbetätigungsvorrichtung
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Die Erfindung betrifft eine Drehbetätigungsvorrichtung mit zwei in
einem einzigen Zylinder geführten Kolben, die je eine Zahnstange aufweisen, die
mit einem gemeinsamen Ritzel kämmen, das mit einer Kraftabgabewelle verbunden ist,
wobei an dem das Ritzel und die Zahnstangen enthaltenden Zylinder-Zwischenraum zwischen
den Kolben eine ein unter Druck stehendes Strömungsmittel heranführende Steuerleitung
angeschlossen ist, durch die die Kolben nach auswärts bewegbar sind, und zum Zurückbewegen
der Kolben nach innen die äußeren Kolbenstirnseiten durch Federn beaufschlagt sind.
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Eine derartige Drehbetätigungsvorrichtung ist u.a. aus der DE-OS 27
44 709 bekannt. Diese bekannten Drehbetätigungsvorrichtungen werden insbesondere
zur Feststellung von Ventilen in Raffinerien, chemischen Betrieben und seefahrenden
Gastankern benutzt und durch Druckluft angetrieben. Im Falle einer Betriebsstörung,
d.h.
bei Druckluftausfall, werden die beiden Kolben durch die Federn nach innen gedrückt,
so daß eine vorgewählte Endstellung des betätigten Ventils erreicht wird.
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Die äußeren, von den Kolbenstirnseiten begrenzten Zylinderräume sind
bei diesen bekannten Vorrichtungen nach außen entlüftet. Durch diese Entlüftungsöffnungen
wird regelmäßig Außenluft eingesaugt und danach wieder herausgedrückt, wodurch in
diese Zylinderräume Regenwasser, Seewasser und/oder korrosives Gas eindringen kann.
Dies führt sehr bald zu Beschädigungen, insbesondere einer Korrosion des Innenzylinders,
der Kolben als auch weiterer Teile der Vorrichtung.
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Zur Lösung dieses Problems hatte man vorgeschlagen, an die Entlüftungsöffnungen
U-förmig gebogene Rohre außen anzuschließen, deren freie Öffnungen nach unten zeigten,
um einen Wassereintritt zu erschweren. Diese Lösung hat jedoch nicht ein Ansaugen
von schädlichen Gasen verhindern können. Ferner wurde vorgeschlagen, auf die Entlüftungsöffnungen
Gummiblasen anzuschließen, die die jeweils ausströmende Luftmenge speichern sollten.
Diese Lösung ist aufwendig, störungsanfällig und führt dazu, daß diese Gummiblasen
langsam und stetig immer stärker gefüllt werden, da entlang den Kolben auch bei
Anordnung von Dichtungsringen geringfügige Luftmengen zu den äußeren Zylinderräumen
hin austreten. Dies kann nicht nur zu einer Zerstörung der Gummiblasen führen, sondern
auch aufgrund des hohen Innendrucks der Gummiblasen zu einem unbeabsichtigten Antrieb
der Kolben. Ferner wurde vorgeschlagen,
beide Entlüftungsöffnungen
an das Druckleitungsnetz anzuschließen und die Vorrichtung wie einen doppelt wirkenden
Antrieb zu fahren. Diese Lösung ist kompliziert und aufwendig.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten
Art derart zu verbessern, daß bei einfacher Konstruktion ein Eintreten von schädlichen
Gasen und/oder Flüssigkeiten in die äußeren Zylinderräume verhindert wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die beiden
von den äußeren Kolbenstirnseiten begrenzten Zylinderräume an eine Verbindungsleitung
angeschlossen sind, daß an der Verbindungsleitung oder den äußeren Zylinderräumen
ein insbesondere ins Freie führendes Druckbegrenzungsventil angeschlossen ist, daß
in die Steuerleitung ein Wechselventil geschaltet ist, an dem auch die Verbindungsleitung
angeschlossen ist, und daß das Wechselventil derart angeordnet ist, daß bei Anliegen
eines Steuerdruckes in dem vor dem Wechselventil liegenden ersten Teil der Steuerleitung
dieser erste Steuerleitungsteil mit dem zweiten, zum Zylinderzwischenraum führenden
Steuerleitungsteil verbunden und der Anschluß zur Verbindungsleitung gesperrt ist,
und
daß bei fehlendem Steuerdruck und bei durch die Federn erzeugtem
Druck in dem zweiten Teil der Steuerleitung dieser zweite Teil mit der Verbindungsleitung
verbunden und der Anschluß zum ersten Teil gesperrt ist.
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Hierdurch gelingt es mit einfachsten Mitteln, dafür zu sorgen, daß
in die äußeren Zylinderräume niemals Gase oder Flüssigkeiten von außen, insbesondere
auch nicht die Umgebungsluft, eintreten. Beschädigungen, insbesondere durch Korrosion,
werden mit hoher Sicherheit vermieden, da nur das zuvor zur Betätigung der Vorrichtung
verwendete Strömungsmittel, insbesondere Druckluft, in die äußeren Zylinderräume
gelangt.
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Um zu erreichen, daß mit hoher Sicherheit der freie Ventilkörper immer
wieder in die Stellung gelangt, aus der er durch die Druckquelle bewegt wurde, wird
vorgeschlagen, daß der freie Ventilkörper des Wechselventils in Sperrichtung des
ersten Teils der Steuerleitung federbelastet ist. Alternativ kann auch der freie
Ventilkörper des Wechselventils durch den Druck in dem zweiten Teil der Steuerleitung
in Sperrichtung des ersten Teils der Steuerleitung bowegbar sein.
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Eine besonders sichere und schnelle Bewegung des Ventilkörpers wird
dadurch erreicht, daß der freie Ventilkörper tellerförmig ist. Vorzugsweise wird
vorgeschlagen, daß das Druckbegrenzungsventil bei einem Druck öffnet, der oberhalb
des durch die Federn im Zwischenraum erzeugten Druckes und unterhalb des Steuerdruckes
liegt. Geräusche während des Ablassens des Strömungsmittels werden dadurch verringert,
daß am
Auslaß des Druckbegrenzungsventils ein Schalldämpfer angeordnet
ist.
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Eine Verringerung der Anzahl der außen liegenden Leitungen und damit
eine Vereinfachung der Vorrichtung in EIerstelluncT und Montage als auch eine geringere
Störanfälligkeit und Beschädigungsgefahr werden dadurch erreicht, daß der Teil der
Verbindungsleitung, der die beiden äußeren Zylinderräume miteinander verbindet,
innerhalb der Drehbetätigungsvorrichtung angeordnet ist.
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Dabei kann dieser Teil der Verbindungsleitung in der Zylinderwandung
angeordnet sein. Alternativ wird vorgeschlagen, daß dieser Teil der Verbindungsleitung
in einer durch die beiden Kolben verlaufenden Führungsstange angeordnet ist. Dies
erlaubt eine besonders einfache Konstruktion der Vorrichtung.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt
und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung
der Vorrichtung mit Schaltungsbild; Fig. 2 eine alternative Ausführungsform des
Wechselventils in seinen zwei Stellungen; Fig. 3 eine Stirnansicht der Drehbetätigungsvorrichtung;
Fig. 4 eine Seitenansicht der Drehbetätigungsvorrichtung.
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Die Drehbetätigungsvorrichtung 1 weist einen Zylinder 2 auf, in dem
zwei Kolben 3, 4 koaxial angeordnet sind.
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An jedem Kolben ist in der Nähe der Zylinderwandung eine Zahnstange
5, 6 angeformt, die diametral gegenüberliegend angeordnet sind und die mit einem
dazwischen liegenden Ritzel 7 kämmen. Die Achse des Ritzels 7 ist aus dem Zylinder
2 herausgeführt und kann z.B.
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das Ventilstellglied eines nicht gezeigten Ventils antreiben.
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Die beiden Kolben teilen den Zylinderinnenraum in einen mittleren
Zwischenraum 8 und zwei äußere Zylinderräume 9, 10 ein. In den äußeren Zylinderräumen
9, 10 liegen je zwei Federn 11 achsparallel ein, die die Kolben 3, 4 nach innen
zueinander drücken.
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Von einer gesteuerten Druckquelle P wird über den ersten Teil 12 einer
Steuerleitung, über ein Wechselventil 13 und den zweiten Teil 14 der Steuerleitung
an den zum Zwischenraum 8 führenden Anschluß A des Zylinders Druckluft angelegt,
wodurch die Kolben 3, 4 auseinandergedrückt werden und das Ritzel entgegen dem Uhrzeigersinn
verdrehen. Dabei werden die Federn 11 zusammensedrückt. Sobald die Druckzufuhr durch
die Ouelle P unterbrochen wird, drücken die Federn 11 die Kolben 3, 4 wieder zusammen,
und das Ritzel wird im Uhrzeigersinn gedreht. Hierdurch ist qewährleistet, daß bei
einem Druckluftausfall aufgrund einer Betriebsstörung das an die Drehbetätigungsvorrichtung
angeschlossene Ventil in eine vorbestimmte Stellung gebracht wird, in der kein Schaden
entstehen kann.
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Beide Stirnseiten des Zylinders 2 weisen je einen Anschluß
B
auf, die miteinander durch eine Verbindungsleitung 15 verbunden sind, die wiederum
über eine Leitung 16 mit dem Wechselventil verbunden ist, wobei an die Leitung 16
ein Druckbegrenzungsventil 17 in Form eines federbeaufschlagten Riickschlagventils
angeschlossen ist. Das von der Leitung 16 ausgehende Druckbegrenzungsventil 17 läßt
bei Uberschreiten eines bestimmten Drucks Luft aus der Leitung 16 iiber einen Schalldämpfer
18 entweichen.
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Das Wechselventil 13 ist ein Drei/Zweiwegeventil mit freiem, durch
Leitungsdruck betätigtem Ventilkörper.
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In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und 2 wird der Ventilkörper
von einem frei beweglichen Teller 20 aus elastischem Material gebildet. In einem
zweiten, nicht gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Ventilkörper eine zur Druckquelle
P hin federbelastete Kugel. In beiden Ausführungsbeispielen liegt der Ventilkörper
20 in der rechten Stellung an einem rechten Ventilsitz an, wodurch der erste Teil
12 der von der Druckquelle P kommenden Steuerleitung verschlossen wird,und in der
linken Stellung an einen Ventilsitz an, wodurch die zu den Anschlüssen B führende
Leitung 16 verschlossen wird.
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Zwischen den beiden Ventilsitzen geht der zweite Teil 14 der Steuerleitung
ab, der zum Anschluß A führt.
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Der frei bewegliche Ventilteller 20 ist aus Buna oder vergleichbarem
Werkstoff gefertigt, um eine Abdichtung auf den Sitzen zu gewährleisten. Der Rand
des Tellers ist verstärkt, um eine bessere Führung zu erreichen.
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Die Führung selbst erfolgt durch Rippen, die in dem Gehäuse angeordnet
sind, so daß zwischen Gehäuse und Ventiltellerrand Luft vorbeiströmen kann. Durch
die
verhältnismäßig große Fläche des Ventiltellers erfolgt die
Umschaltung sehr sicher und schnell bei Änderung der Strömungsverhältnisse. Bei
Ausfall des Steuerdruckes P wird somit der Ventilteller von der in der Innenkammer
8 befindlichen Luft angeströmt und umgeschaltet. Eine zusätzliche Feder erübrigt
sich damit.
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Wird von der Druckquelle P durch den ersten Teil 12 der Steuerleitung
dem Wechselventil 13 Druck zugeführt, so bewegt sich der Ventilkörper 20 zum linken
Ventilsitz und verschließt die Leitung 16. Hierdurch wird die von der Druckquelle
P kommende Druckluft zum Anschluß Aund in den Zwischenraum 8 geführt. Die Kolben
3, 4 werden auseinandergedrückt und verdrängen die in den äußeren Zylinderräumen
9, 10 enthaltene Luft über die beiden Anschlüsse P in die Leitungen 15, 16 und von
dort zum Druckbegrenzungsventil 17, das diese Luft über den Schalldämpfer 18 nach
außen entweichen läßt.
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Sobald eine Druckerzeugung durch die Druckquelle P gestoppt wird,
bewegen die inzwischen zusammengedrückten Federn 11 die Kolben 3, 4 in die entgegengesetzte
Richtung, wodurch im Zwischenraum 8 enthaltene Luft über den Anschluß A und die
Leitung zum Wechselventil 1@ strömt. Bei dem Ventil entsprechcnd dem Ausführungsbeispiel
nach Fig. 2 bewegt diese Druckluft das tellerförmige Ventilstellglied 20 in eine
Lage, in der der erste Teil 12 der Steuerleitung verschlossen ist und die Leitung
14 mit der Leitung 16 verbunden ist. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 wird
das kugelförmige Ventilstellglied 19 durch eine Feder 21 in die die Leitung 12 verschließende
Stellung bewegt, um auch hier eine Verbindung der Leitungen 14 und 16 miteinander
zu erreichen. Hierdurch kann die im Zwischenraum 8 enthaltene
Luft
über die Leitungen 14, 16, 15 und die Anschltisse B in die beiden äußeren Zylinderräume
9, 10 gedrückt werden. Die in die äußeren Zylinderräume hineingedrückte Luft unterstützt
die Arbeit der Federn 11, um die Kolben 3, 4 zueinander zu bewegen.
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Aufgrund dieser Arbeitsweise wird die von der Druckquelle P kommende
Druckluft zuerst im Zwischenraum 8 zur Bewegung der Kolben nach außen verwendet,
danach wird dieselbe Druckluft in den beiden äußeren Zylinderräumen benutzt und
erst darauf über das Druckbegrenzungsventil 17 ausgestoßen. Dabei macht man sich
zunutze, daß während des Zusammendrückens der Kolben durch die Federn 11 exakt so
viel Luft aus dem Zwischenraum 8 herausgedrückt wird, wie während der Bewegung der
beiden Kolben in den beiden äußeren Zylinderräumen 9, 10 benötigt wird.
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In dem in den Figuren 3 und 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ist nur
an einer Stirnseite des Zylinders 2 ein Anschluß B vorgesehen. Dies wird dadurch
ermöglicht, daß die beiden äußeren Zylinderräume 9, 10 miteinander durch eine nicht
gezeigte Leitung im Inneren der Drehbetätigungsvorrichtung verbunden sind. Diese
Leitung ist entweder innerhalb des Zylindermantels angeordnet, oder aber innerhalb
von mindestens einer rohrförmigen, nicht gezeigten achsparallelen Führungsstange,
die sich durch beide Kolben erstreckt.