DE3615285A1 - Eine abschaltvorrichtung aufweisender stellantrieb, insbesondere fuer ventile - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen eine Abschaltvorrichtung aufweisenden Stellantrieb, insbesondere für Ventile, der einen Motor und ein Getriebe umfasst, das ein in seiner Längsrichtung in engen Grenzen beweglich gelagertes, zwischen Federn abgestütztes Kraftübertragungselement aufweist, wobei die Abschaltvorrichtung die begrenzte Bewegung des Kraftübertragungselementes abtastende Glieder aufweist, die mit Schaltern zum Ein- und Aus­ schalten des Motors in Wirkungsverbindung stehen.

Ein solcher Stellantrieb ist aus der CH-PS 5 76 672 bekannt. Die Abschaltvorrichtung umfasst dabei einen zweiarmigen Hebel, der sich durch eine Bohrung im Ge­ häuse erstreckt, das das Getriebe umgibt. In der Bohrung steckt ausserdem eine Büchse, in der der Drehpunkt des zweiarmigen Hebels gelagert ist. Der eine aus dem Ge­ häuse herausragende Arm dieses Hebels erstreckt sich mit seinem Ende zwischen zwei Schalter, die je nach Dreh­ richtung des Hebels einzeln betätigt werden. Der andere Arm des zweiarmigen Hebels trägt an seinem Ende ein Kugellager, das sich auf einer Seite einer am Kraft­ übertragungselement befestigten Ringscheibe abstützt. Durch eine zwischen der Büchse und dem zuerst genannten Hebelarm angeordnete Feder wird der das Kugellager tra­ gende Hebelarm stets an die Ringscheibe gedrückt, so dass der Hebel alle Bewegungen des Kraftübertragungs­ elementes erfasst. Es hat sich gezeigt, dass die Ver­ wendung der Feder zwischen der Büchse und dem Hebelarm nicht betriebsicher genug ist, z.B. im Falle eines Lahmwerdens oder Bruches. Das Abschalten bei Auftreten einer Ueberlaststellung der mit dem Kraftübertragungs­ element verbundenen Vorrichtung kann dann verzögert oder sogar überhaupt nicht erfolgen, so dass Beschädigungen an dieser Vorrichtung und/oder am Stellantrieb auftreten können. Auch die Anordnung der Feder zwischen der Büchse und dem Hebel ist problematisch, da bei einem Auswech­ seln der Feder die beiden Schalter im Wege stehen, also deren Befestigung auch gelöst werden müsste.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stell­ antrieb der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die Betriebssicherheit der Abschaltvorrichtung ver­ bessert ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die abtastenden Glieder aus einer mit dem Kraftüber­ tragungselement verbundenen Zahnstange und einem in diese eingreifenden Ritzel bestehen. Durch diese Gestal­ tung ist eine ständige kraft- und formschlüssige Ver­ bindung der abtastenden Glieder mit dem Kraftübertra­ gungselement erreicht, ohne dass für diese Verbindung besondere Federn vorgesehen werden müssten. Dadurch wird die Betriebssicherheit erhöht, denn es ist gewährleistet, dass die abtastenden Glieder jede Bewegung des Kraft­ übertragungselementes mitmachen. Dadurch sind also Schaltverzögerungen vermieden. Wenn beim Stellantrieb die Schalter ausserhalb des das Getriebe umgebenden Gehäuses angeordnet sind, ist es auch auf konstruktiv einfache Weise möglich, die Abdichtung des nach aussen durch die Gehäusewand zu führenden Gliedes zu bewerk­ stelligen.

Die Unteransprüche kennzeichnen weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in der folgen­ den Beschreibung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen erfindungsgemässen Stellantrieb im Bereich des Kraftübertragungs­ elementes,

Fig. 2 einen Schnitt durch einen Teil des Stellan­ triebes nach der Linie III-III in Fig. 1 und

Fig. 3 eine Teilansicht in Richtung des Pfeiles A in Fig. 2.

Gemäss Fig. 1 weist der Stellantrieb ein ein Getriebe 19, 19 a umgebendes Gehäuse 1 mit zwei koaxialen Bohrungen 2 und 3 auf. In der in Fig. 1 oberen Bohrung 2 ist ein Lager­ deckel 4 angeordnet, der mittels mehrerer, einen Flansch 5 des Lagerdeckels 4 durchdringender Schrauben 6 am Gehäuse 1 befestigt ist. Ein unterer Lagerdeckel 7 ist in der Bohrung 3 in nicht näher dargestellter Weise be­ festigt. In zentralen Bohrungen 11 und 12 der Lagerdeckel 4 bzw. 7 ist als Kraftübertragungselement eine mittels eines Hohlzylinders verlängerte Stellspindelmutter 15 aus Bronze gelagert, die von je einer Dichtung 8 bzw. 9 in den Lagerdeckeln 4 und 7 umgeben sind. Mit der Stellspindelmutter 15 ist mit Hilfe eines Keils 16 ein Stahlring 17 drehfest verbunden. Die Stellspindelmutter 15 kann sich jedoch in bezug auf den Stahlring 17 axial in engen Grenzen bewegen, wobei der Keil 16 in einer Keilbahn 16 a des Ringes 17 gleitet. Der Stahlring 17 ist aussen mittels eines Keils 18 drehfest mit einem Schneckenrad 19 aus Bronze verbunden, das mit einer Schnecke 19 a das Getriebe bildet, das von einem nicht gezeigten Elektromotor angetrieben wird. Der Stahlring 17 und das Schneckenrad 19 sind zwischen zwei Axial-Kugel­ lagern 20 und 21 gelagert. Das Kugellager 20 ruht auf der Stirnfläche 22′ eines hülsenartigen, den unteren Teil der Mutter 15 umgebenden und nach innen ragenden Abschnitts 22 des Gehäuses 1, wogegen sich das Kugel­ lager 21 an der inneren Stirnseite des Lagerdeckels 4 abstützt. Der Stahlring 17 ist einerseits über einen oberen Satz Tellerfedern 25 an einem Ring 26, der mittels eines Sprengringes 27 an der Mutter gehalten ist, und andererseits über einen unteren Satz Tellerfedern 30, eine Gewindehülse 31 und eine Zirkularzahnstange 32 auf einem zweiten an der Mutter gehaltenen Sprengring 33 abgestützt. In der Stellspindelmutter 15 befindet sich eine Gewindespindel 55, auf deren oberem gewindefreien Ende mittels eines Keiles 56 eine Scheibe 57 befestigt ist, die mittels zweier Keile 58 und 59 in zwei axialen Nuten 60 bzw. 61 eines Topfes 62 geführt ist. Der an seinem oberen, nicht gezeichneten Ende geschlos­ sene Topf ist auf dem oberen Lagerdeckel 4 befestigt.

Der Stellantrieb ist mit einem Stellungsgeber versehen, der die momentane Stellung der Stellspindel 55 und damit die Stellung der vom Stellantrieb betätigten Vorrichtung, z.B. eines Ventils, angibt. Von dem Stellungsgeber ist hier nur die Gewindehülse 31 gezeigt, die ein zweigängiges Gewinde 31 a trägt, dessen Steigung der Steigung des Ge­ windes 15 b der Stellspindelmutter 15 gleich ist und das in einer Ebene, die zur Zeichenebene senkrecht steht, in ein nicht gezeigtes Schraubenrad eingreift.

Der Stellantrieb ist ferner mit einer Abschaltvorrichtung versehen, die in jeder der beiden Endlagen der Stell­ spindel 55 oder bei Ueberlast, z.B. infolge eines einge­ klemmten Fremdkörpers, den Antriebsmotor ausschaltet und nur noch ein Einschalten in Richtung weg von der ent­ sprechenden Ueberlaststellung zulässt. Die Abschaltvor­ richtung ist wie folgt aufgebaut:

Die schon erwähnte, die Mutter 15 umgebende Zirkular­ zahnstange 32 steht im Eingriff mit einem Ritzel 35, das einstückig mit einer Welle 36 verbunden ist. Die Welle 36 ist in einer Führungsbüchse 37 gelagert, die sich durch den hülsenartigen Gehäuseabschnitt 22 erstreckt bis ausserhalb des Gehäuses 1 (Fig. 2). Mittels mehrerer, einen Flansch 37′ der Büchse 37 durchdringender Senk­ schrauben 38 mit Innensechskant ist die Führungsbüchse von aussen am Gehäuse 1 befestigt. Eine Anschlagfläche 35′ am Uebergang vom Ritzel 35 zur Welle 36 und ein in diese Welle eingesetzter Sprengring 39 ausserhalb des Gehäuses 1 fixieren das Ritzel 35 und damit die Welle 36 axial in der Führungsbüchse 37. Ein zweiarmiger Hebel 40 steckt auf dem aus der Büchse 37 herausragenden Endabschnitt der Welle 36 und ist in axialer Richtung auf dem Endabschnitt zwischen dem Sprengring 39 und einer Sechskantmutter 41 festgehalten. Gegen ein Ver­ drehen ist der Hebel 40 mittels eines Stiftes 42 fixiert. An seinen beiden Enden weist der Hebel 40 je einen in Fig. 3 nach oben vorstehenden, eingeschraubten Finger 43 und 43′ auf, die beim Drehen der Welle - je nach Drehrichtung - auf einem Druckknopf 45 bzw. 45′ eines elektrischen Schalters 44 bzw. 44′ wirken. Die Schalter 44 und 44′ sind so mit dem Antriebsmotor geschaltet, dass - solange einer der Druckknöpfe 45, 45′ gedrückt ist - die zugehörige Drehrichtung des Antriebsmotors blockiert ist.

Die Arbeitsweise des Stellmotors ist wie folgt:

Aufgrund eines Stellsignals am nicht gezeigten Antriebs­ motor dreht dieser über das Getriebe 19, 19 a die Stell­ spindelmutter 15 in der einen oder anderen Richtung, wobei die Stellspindel 55 auf- oder abwärts bewegt wird. Wenn die Stellspindel 55 mit einem Ventilverschlussteil verbunden ist, wird durch die Bewegung der Stellspindel 55 das Oeffnen oder das Schliessen des Ventils bewirkt. Dabei gibt der mit der Gewindehülse 31 zusammenwirkende Stellungsgeber jeweils die Stellung der Spindel 55 an und damit auch die Betriebsstellung des Ventilverschluss­ teils.

Abhängig von der Bewegungsrichtung der Stellspindel 55 weicht die Stellspindelmutter 15 bei ihrer Drehung ent­ weder gegen die Rückstellkraft der Tellerfedern 25 oder gegen die der Tellerfedern 30 aus. Die Stellspindelmutter 15 gleitet dabei mit dem Keil 16 in der Keilbahn 16 a im Stahlring 17. Das Mass des Ausweichens der Stellspindel­ mutter 15 ist abhängig von der Belastung der Stell­ spindel 55. Sobald das Ausweichen einen bestimmten Wert überschreitet - was z.B. eintritt, wenn der Ventilver­ schlussteil seine Schliessstellung erreicht hat - dreht die Zirkularzahnstange 32 das Ritzel 35 mit der Welle 36 und somit auch den Hebel 40 so weit, dass beispiels­ weise der Finger 43 den zugeordneten Druckknopf 45 des Schalters 44 betätigt und den Antriebsmotor in seiner bisherigen Drehrichtung blockiert. Da hierbei der Druck­ knopf 45′ des anderen Schalters 44′ nicht betätigt wurde, kann der Antriebsmotor gegebenenfalls ohne weiteres in entgegengesetzter Drehrichtung als vorher eingeschaltet werden, wobei sich auch die Drehrichtung der Stell­ spindelmutter 15 und die Bewegungsrichtung der Stell­ spindel 55 umkehren. Die Tellerfedern 25 oder 30 drücken dabei zunächst die Stellspindelmutter 15 in ihre neutra­ le Ausgangslage zurück.

Das Ritzel 35, die Welle 36 und der Hebel 40 bilden da­ bei einen praktisch einheitlichen, lediglich schwach auf Torsion beanspruchten Bauteil, der schon bei relativ schlanker Ausführung und anspruchsloser Fertigung für die beschriebene Anwendung eine hohe Formstabilität auf­ weist. Die einfache Geradverzahnung des Ritzels 35 und der Zirkularzahnstange 32 lassen sich bei geringem Herstellungsaufwand sehr genau herstellen und die Art der Lagerung der Stellspindelmutter 15 und der Welle 36 gewährleisten das Einhalten von sehr kleinen Spielen. Dies wird noch dadurch unterstützt, dass die Schalter 44, 44′ bzw. Druckknöpfe 45, 45′ dank ihrer Anordnung auf der selben Seite der beiden Hebelarme auf die Abschalt­ vorrichtung im wesentlichen gleich zurückwirken, so dass in beiden Drehrichtungen die eventuell vorhandenen Spiele auf praktisch die gleiche Weise und in gleicher Richtung verkleinert werden. Versuchsergebnisse haben gezeigt, dass - wie bereits oben erwähnt - dadurch die auf die Stellspindelmutter 15 wirkende Kraft für die eine Bewegungsrichtung eine Differenz von weniger als 2 % gegenüber der entsprechenden Kraft für die andere Bewegungsrichtung aufweist.

Es können nach Bedarf noch Dichtungsringe zwischen der Welle 36 und der Führungsbüchse 37 sowie zwischen dieser und dem Abschnitt 22 angeordnet sein.

Anstelle des Hebels 40 kann auch eine Nocke oder dgl. eingesetzt werden, die gleichzeitig auf mehrere in Serie geschaltete Schalter 44, 44′ redundant wirkt, wodurch die Betriebssicherheit erhöht wird.

Das Schneckengetriebe kann durch eine andere Art von Getriebe ersetzt werden, und es sind andere Federarten als Tellerfedern verwendbar. Die Schaltmittel können auch beispielsweise elektronischer, mechanischer, hydraulischer oder pneumatischer Art sein. Die Zahn­ stange 32 muss nicht unbedingt die Stellspindelmutter 15 auf ihrem ganzen Umfang umschliessen; sie kann mittels eines Lagers, z.B. Wälzlager, mit der Mutter verbunden sein, die sich dann ohne die Zahnstange drehen kann.

Das Ritzel 35 kann auch in Fig. 2 am unteren Ende zu­ sätzlich mit einer der Welle 36 entsprechenden Welle versehen sein, die dann über eine weitere Führungsbüchse im Abschnitt 22 gelagert ist.

Claims (4)

1. Eine Abschaltvorrichtung aufweisender Stellantrieb, insbesondere für Ventile, der einen Motor und ein Getriebe umfasst, das ein in seiner Längsrichtung in engen Grenzen beweglich gelagertes, zwischen Federn abgestütztes Kraftübertragungselement aufweist, wobei die Abschaltvorrichtung die begrenzte Bewegung des Kraftübertragungselementes abtastende Glieder auf­ weist, die mit Schaltern zum Ein- und Ausschalten des Motors in Wirkungsverbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, dass die abtastenden Glie­ der aus einer mit dem Kraftübertraungselement verbun­ denen Zahnstange und einem in diese eingreifenden Ritzel bestehen.

2. Stellantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnstange eine Zirkularverzahnung aufweist und das Kraftübertragungselement umgibt.

3. Stellantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, dass das Ritzel mit einer Welle versehen ist, die ein das Getriebe umgebendes Gehäuse durch­ dringt und an ihrem aus dem Gehäuse ragenden Ende mit einem Hebel versehen ist, der auf die Schalter wirkt.

4. Stellantrieb nach Anspruch 3, wobei das Kraftübertra­ gungselement eine Stellspindelmutter ist, die einer­ seits mit einer gegen Verdrehung gesicherten Stell­ spindel und andererseits mit dem Getriebe zusammen­ wirkt, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebel als zweiarmiger Hebel ausgebildet ist und dass die Schal­ ter so angeordnet sind, dass bei Drehung des Ritzels in der einen Richtung der eine Schalter von dem einen Hebelarm und bei Drehung in der anderen Rich­ tung der andere Schalter von dem anderen Hebelarm betätigt wird, wobei der eine Schalter die eine Wirkungsrichtung und der andere Schalter die andere Wirkungsrichtung des Antriebes blockiert.