DE4406815C2 - Pneumatischer Schwenkantrieb - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen pneumatischen Schwenkantrieb, insbesondere für einseitig druckmittelbe­ tätigte Ventile, mit einem Antriebsgehäuse und einem dar­ in beweglichen Antriebsorgan, das mit einer Stellan­ triebswelle verbunden ist, wobei die Stellantriebswelle durch eine Übertragungseinrichtung mit einer Nothandbetä­ tigung verschwenkbar ist.

Pneumatische Schwenkantriebe werden im Anlagenbau häufig zur Betätigung von Dreharmaturen, wie z. B. Drehschiebern oder Absperrklappen, verwendet. Besonders bei großen An­ lagen ist es von Vorteil, für eine Dreharmatur einen pneumatischen Schwenkantrieb vorzusehen, weil sich da­ durch die Möglichkeit eröffnet, die betreffende Armatur mit Hilfe von Druckluft ferngesteuert zu öffnen oder zu schließen (vgl. US 4,794,847).

In der Regel werden solche pneumatischen Schwenkantriebe so ausgelegt, daß sie sich bei Ausfall der Druckluftver­ sorgung von selbst in einen definierten Betriebszustand begeben. Zumeist geschieht dies dadurch, daß die betref­ fende Armatur durch Federkraft geschlossen wird. Das pneumatische Antriebsorgan des Schwenkantriebes muß dann beim Öffnen der Armatur außer den Reibungskräften auch die mit zunehmendem Öffnungswinkel der Armatur ansteigen­ de Federkraft der Schließfeder überwinden.

Um die Armatur beim Ausfall der Druckluftversorgung noch manuell betätigen zu können, werden solche pneumatischen Schwenkantriebe mit Nothandbetätigungen zum manuellen Öffnen ausgestattet. Diese Nothandbetätigung, zumeist ein Handrad, wirkt über eine Übertragungseinrichtung auf das pneumatische Antriebsorgan des Schwenkantriebes ein.

Bei kleineren Antrieben ist das manuelle öffnen der betreffenden Armatur sehr einfach zu erreichen, indem z. B. der Kolben des pneumatischen Antriebsorganes über einen Spindeltrieb verstellt wird. Bei größeren Antrieben sind die für die selbsttätige Rückstellung erforderlichen Federkräfte jedoch so groß, daß mit diesem Konstruktionsprinzip eine mit normalen Handkräften mögliche Verstellung der Dreharmaturen nicht mehr möglich ist.

Alternativ zu der Verstellung des pneumatischen Antriebsorgans mit einem Spindeltrieb wird der Kolben des pneumatischen Antriebsorgans auch mit einer manuell betätigten Hydraulik verstellt. Die Umsetzung einer derartigen Nothandverstellung ist jedoch zu teuer oder wird vom Anwender nicht akzeptiert.

Eine weitere Nothandbetätigung für einen pneumatischen Schwenkantrieb, der je nach gewünschter Betriebsweise als selbsttätiger Öffner oder Schließer mit der entsprechenden Seite der Antriebswelle auf die zu betätigende Armatur montiert wird, ist so aufgebaut, daß an das jeweilige freie Ende der Antriebswelle ein Schneckengetriebe angeflanscht ist, über das der pneumatische Schwenkantrieb per Handrad manuell betätigt wird. Dabei ist jedoch von Nachteil, daß das freie Ende der Antriebswelle z. B. für den direkten Anschluß einer Stellklappe oder einer anderen Armatur nicht mehr zur Verfügung steht. Bei derartigen Schneckengetrieben wird zwar gewöhnlich die Antriebswelle durchgehend verlängert, doch ändern sich dabei das Anschlußbild und die Anschlußmaße, wie z. B. die axiale Länge des Schwenkantriebs, der oft in ein Baukaustensystem integriert ist und in diesem Fall nicht mehr mit anderen Teilen des Baukastensystems zusammenpasst. Zudem können häufig trotz eines angeflanschten Schneckengetriebes große Schwenkantriebe aufgrund der hohen Stellmomente nicht mehr manuell verstellt werden.

In der DE 28 21 100 A1 ist ein Ventil beschrieben, bei dem ein pneumatischer Antrieb mit dem Ventilkegel über eine offen geführte Ventilspindel verbunden ist. An die­ ser Ventilspindel greift ein gabelförmiger Schwenkhebel an, der mit einer Spindelmutter verbunden ist, in die ei­ ne handbetätigbare Spindel eingreift. Mittels dieser Ein­ richtung kann die Ventilspindel von Hand abgesenkt wer­ den.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen pneumatischen Schwenkantrieb mit einer Nothandbetätigung bereitzustellen, der konstruktiv einfach ausgestaltet ist, eine Notbetätigung auch bei größeren Schwenkantrie­ ben erlaubt und bei dem die Nothandbetätigung so angeord­ net ist, daß das Anschlußbild und die Anschlußmaße mit beeinflußt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Übertragungseinrichtung einen Spindeltrieb aufweist, welcher an wenigstens einer Stellwange angreift, die mit der Stellantriebswelle verbunden ist, und daß die Übertra­ gungseinrichtung ein Untersetzungsgetriebe aufweist, des­ sen Getriebeeingangswelle mit dem Spindeltrieb verbunden ist.

Erfindungsgemäß wird nicht etwa eine Vorrichtung zur ma­ nuellen Verstellung des pneumatischen Schwenkantriebs vorgeschlagen, die an einem Wellenende der Stellantriebswelle angreift. Vielmehr wird die Stellantriebswelle über wenigstens eine Stellwange verstellt, die vorteilhafter­ weise an die Stellantriebswelle angeformt ist und deshalb die axiale Länge des Schwenkantriebs nicht verändert. Da­ durch kann der Schwenkantrieb innerhalb eines Baukasten­ systems beliebig ausgetauscht werden. Weiterhin kann der Schwenkantrieb mit beiden Enden der Antriebswelle an Ar­ maturen montiert werden und somit sowohl als Öffner als auch als Schließer eingesetzt werden. Auf der freien Sei­ te der Stellantriebswelle können weiterhin Armaturen, wie z. B. Stellklappen, einfach montiert werden.

Dadurch, daß ein Spindeltrieb mit Untersetzungsgetriebe zur Verstellung der Stellantriebswelle verwendet wird, ist bei geeigneter Wahl der Spindelgewindesteigung und der Untersetzung eine leichtgängige Verstellung der Stellantriebswelle auch bei großen Rückstellkräften mög­ lich. Dabei zeichnet sich diese Ausbildung durch einen einfachen und damit preisgünstigen Aufbau aus.

Eine günstige Aufteilung der vom Spindeltrieb auf die An­ triebswelle ausgeübten Verstellkraft ergibt sich, wenn die Stellantriebswelle mindestens eine weitere Stellwange aufweist, an der der Spindeltrieb angreift.

Wenn das Untersetzungsgetriebe als Schneckengetriebe aus­ gebildet ist, ist zudem gewährleistet, daß sich die ein­ mal eingestellte Stellantriebswelle nicht mehr selbsttä­ tig verstellt, weil diese Getriebeart selbsthemmend ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das Untersetzungsgetriebe an der Außen­ seite des Antriebsgehäuses angebracht ist. Dadurch ist es nämlich leicht für Wartungsarbeiten zugänglich.

Nach der Erfindung ist des weiteren vorgesehen, daß der Spindeltrieb eine Gewindespindel und eine Spindelmutter aufweist. Dadurch ergibt sich eine besonders einfache Ge­ staltung des Spindeltriebs.

Weiterhin ergibt sich eine besonders günstige Kraftüber­ tragung von der Gewindespindel auf die Stellantriebswel­ le, wenn die Gewindespindel senkrecht zur Stellantriebs­ welle angeordnet ist.

Ferner kann die Gewindespindel mit einem mehrgängigen Ge­ winde versehen sein. Dies kann insbesondere dann von Vor­ teil sein, wenn für eine schnelle manuelle Verstellung der Antriebswelle eine Gewindespindel mit so steiler Ge­ windesteigung notwendig ist, daß aus Festigkeitsgründen die Spindelmutter durch mehrere Gewindeflanken gleichzei­ tig getragen werden muß.

Wenn die Spindelmutter mit einer Verdrehsicherung geführt wird, ergibt sich eine einfachere Gestaltung und ein ein­ facherer Aufbau des Spindeltriebes, weil in diesem Fall die Kontaktfläche zwischen Spindelmutter und Stellwange nicht so ausgestaltet werden braucht, daß die Spindelmut­ ter am Durchdrehen gehindert wird.

Eine besonders gute Gewichtsverteilung des pneumatischen Schwenkantriebes über der Steuerwelle ergibt sich dann, wenn der Spindeltrieb bezüglich des Antriebsorgans unter­ halb der Stellantriebswelle angeordnet ist. Bei Anordnung der Gewindespindel oberhalb der Stellantriebswelle baut der Schwenkantrieb jedoch kompakter, was sich vorteilhaft beim Einbau des Schwenkantriebes in engen Bauräumen aus­ wirkt.

Ferner ist nach einem weiteren Merkmal der Erfindung vor­ gesehen, daß der Spindeltrieb in einem vom Antriebsgehäu­ se lösbaren Gehäuseteil angeordnet ist. Dies ergibt Vor­ teile bei der Montage und Demontage der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Des weiteren ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß die Nothandbetätigung als Handrad oder Kurbel ausgebildet ist. Dabei kann durch eine günstige Wahl der Dimensionen des Handrades oder der Kurbel eine weitere Verringerung der zum Betätigen der Nothandbetätigung notwendigen Hand­ kraft erreicht werden.

In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand eines Ausfüh­ rungsbeispiels näher veranschaulicht. Es zeigen:

Fig. 1 die Seitenansicht eines pneumatischen Schwenkantriebs im Vertikalschnitt;

Figur (2) die Vorderansicht des pneumatischen Schwenkantrieb gemäß Figur (1) im Vertikalschnitt.

Der in den Figuren (1) und (2) dargestellte pneumatische Schwenkantrieb (1) weist ein Stellgehäuse (2) auf, das zur Montage und Demontage horizontal teilbar ist. Eine Stellgehäusewanne (3) bildet das abnehmbare Unterteil des Stellgehäuses (2) und ist mit Stellgehäuseschrauben (4) am Stellgehäuseoberteil (5) befestigt.

Direkt anschließend an das Stellgehäuseoberteil (5) ist ein Antriebsgehäuse (6) an das Stellgehäuse (2) angeformt. Das Antriebsgehäuse (6) besteht aus einem unteren zylindrischen Gehäusetopf (7) und einem Zylinderkopf (8). An den einander zugewandten Kanten weisen der Gehäusetopf (7) und der Zylinderkopf (8) jeweils einen Gehäuseflansch (9) und einen Kopfflansch (10) auf, die mit den Zylinderkopfschrauben (11) miteinander verbunden sind.

Im Stellgehäuse (2) ist eine Stellantriebswelle (12) in Stellwellenlagern (13, 14) drehbar gelagert. Die Stellantriebswelle (12) weist eine durchgehende Keilnabenverzahnung (15) auf, in die an beiden Enden der Stellantriebswelle (12), je nach gewünschter Stellrichtung, eine durch Drehbewegung betätigbare Dreharmatur eingesteckt werden kann. Des weiteren steht von der Stellantriebswelle (12) ein Paar Kurbelwangen (16, 17) vor, was besonders in Figur (2) deutlich wird. Die Kurbelwangen (16, 17) tragen einen Kurbelzapfen (18), der vom unteren Auge einer Pleuelstange (19) umfaßt wird. Die Pleuelstange (19) ragt aus dem Stellgehäuse (2) in eine zentrisch im Antriebsgehäuse (6) angeordnete Führungshülse (20), die an das Stellgehäuseoberteil (5) angeformt ist. Das obere Auge der Pleuelstange (11) umfaßt einen Kolbenbolzen (21), der die Pleuelstange (11) gelenkig mit einer in der Führungshülse (20) vertikal gleitenden Kolbenstange (22) verbindet.

Die Kolbenstange (22) weist an ihrem oberen Ende einen mit einem Gewinde versehenen Wellenabsatz (23) auf, auf den ein Kolben (24) aufgesteckt ist. Der Außendurchmesser des Kolbens (24) ist gerade so groß, daß er sich im Antriebsgehäuse (6) in vertikaler Richtung, bewegen kann, ohne am Gehäusetopf (7) oder am Zylinderkopf (8) zu streifen. Der Kolben (24) unterteilt den Innenraum des Antriebsgehäuses (6) in einen obenliegenden Druckraum (25) und einen untenliegenden Verdrängungsraum (26). Auf dem Kolben (24) aufgelegt ist eine Membran (27), deren Randwulst in eine Ringnut (28) im Gehäuseflansch (9) eingelegt ist.

Eine Scheibe (29), die Membran (27) und der Kolben (24) werden mit der Kolbenmutter (30) fest an den Absatz (23) an der Kolbenstange (22) gezogen, so daß die Membran (27) den Druckraum (25) hermetisch vom Verdrängungsraum (26) abtrennt.

Zwischen der Unterseite des Kolbens (24) und dem Boden des Verdrängungsraums (26) ist eine unter Vorspannung stehende Rückstellfeder (31) vorgesehen, die den Kolben (24) und damit die Kolbenstange (22) so weit nach oben drückt, bis er an einer Anschlagschraube (32) im Zylinderkopf (8) anläuft.

Der Zylinderkopf (8) ist mit einer Bohrung (33) versehen, über die der Druckraum (25) mit Druck beaufschlagt werden kann.

Die Stellantriebswelle (3) weist weiterhin ein Paar Stellwangen (34, 35) auf, die, wie man am besten in Figur (2) sieht, in die Stellgehäusewanne (3) ragen und eine Gewindespindel (36) umfassen. Die Gewindespindel (36) ihrerseits ist in zwei Spindellagern (37) und (38) in der Stellgehäusewanne (3) drehbar gelagert und trägt die Spindelmutter (39). Die Spindelmutter (39) ist durch einen Führungsbolzen (40) gegen Verdrehen gesichert und greift während des Verstellvorganges an Kontaktflächen (41) der Stellwangen (34, 35) an.

Die Gewindespindel (36) ragt, wie man am besten in Figur (1) sieht, durch eine Wand des Stellgehäuses (2) in ein an der Außenseite des Stellgehäuses (2) angeflanschte Getriebegehäuse (42). An dem getriebeseitigen Ende der Gewindespindel (36) ist eine Getrieberad (43) angebracht, das in ein Schneckenrad (44) eingreift.

Das Schneckenrad (44) wiederum ist an das Ende eine Getriebeeingangswelle (45) angeformt. Ein zum Verdrehen der Getriebeeingangswelle (45) vorgesehenes Handrad ist zur übersichtlichen Darstellung sowohl in Figur (1) als auch in Figur (2) weggelassen.

Um die Stellantriebswelle (12) manuell zu verdrehen, wird das auf der Getriebeeingangswelle (45) befestigte Handrad gedreht, wodurch sich die Gewindespindel (36) mit entsprechend verminderter Geschwindigkeit und erhöhtem Drehmoment dreht. Bei richtiger Drehrichtung bewegt sich die Spindelmutter (39), wie man am besten in Figur (1) sieht, in Richtung auf die Stellantriebswelle (12) und verdreht über die Stellwangen (34, 35) die Stellantriebswelle (12) gegen die über die Kurbelwangen (16, 17) wirkende Rückstellkraft der Rückstellfeder (31).

Im gezeigten Ausführungsbeispiel werden wesentliche Vorteile der Erfindung ersichtlich. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung von Spindelmutter (39), Gewindespindel (36), Getrieberad (43) und Schneckenrad (44) wird die zur Verstellung der Stellantriebswelle (12) notwendige Kraft auf die Stellwangen (34, 35) nämlich über ein Drehmoment an der Getriebeeingangswelle (45) erbracht, das durch zwei Getriebestufen, nämlich Spindeltrieb und Schneckengetriebe, untersetzt wird. Dadurch lassen sich die hohen Rückstellmomente an der Stellantriebswelle (12) durch sehr niedrige manuelle Drehmomente an der Getriebeeingangswelle (45) überwinden. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß die Stellantriebswelle (12) selbst bei sehr harten Rückstellfedern (31) noch mit niedrigen manuellen Stellmomenten an der Getriebeeingangswelle (45) verstellt werden kann.

Zudem ist im gezeigten Ausführungsbeispiel ein pneumatischer Schwenkantrieb mit einer Nothandverstellung verwirklicht, bei dem an beide Enden der Stellantriebswelle (12) Armaturen angeschlossen werden können. Die axiale Baulänge und das beiderseitige Anschlußbild der Stellantriebswelle (12) ist mit der eines pneumatischen Schwenkantriebes ohne Nothandbetätigung identisch. Dadurch können beide pneumatische Schwenkantriebe z. B. innerhalb des gleichen Baukastensystems beliebig ausgestauscht werden.

Claims (12)

1. Pneumatischer Schwenkantrieb (1), insbesondere für einseitig druckmittelbetätigte Ventile, mit einem An­ triebsgehäuse (6) und einem darin beweglichen An­ triebsorgan (22), das mit einer Stellantriebswelle (12) verbunden ist, wobei die Stellantriebswelle (12) durch eine Übertragungseinrichtung (34, 35, 36, 39, 43, 44, 45) mit einer Nothandbetätigung ver­ schwenkbar verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungseinrichtung (34, 35, 36, 39, 43, 44, 45) einen Spindeltrieb (36, 39) aufweist, welcher an wenigstens einer Stellwange (34, 35) angreift, die mit der Stellantriebswelle (12) verbunden ist, und daß die Übertragungseinrichtung (34, 35, 36, 39, 43, 44, 45) ein Untersetzungsge­ triebe (43, 44, 45) aufweist, dessen Getriebeein­ gangswelle (45) mit dem Spindeltrieb (36, 39) verbun­ den ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellantriebswelle (12) mindestens eine wei­ tere Stellwange (35) aufweist, an der der Spindel­ trieb (36, 39) angreift.

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Untersetzungsgetriebe (43, 44, 45) als Schneckengetriebe ausgebildet ist.

4. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 oder 3, da­ durch gekennzeichnet, daß das Untersetzungsgetriebe (43, 44, 45) an der Außenseite des Antriebsgehäuses (6) angebracht ist.

5. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß der Spindeltrieb (36, 39) eine Ge­ windespindel (36) und eine Spindelmutter (39) auf­ weist.

6. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindespindel (36) senkrecht zur Stellan­ triebswelle (12) angeordnet ist.

7. Vorrichtung gemäß Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Gewindespindel (36) ein mehrgängiges Ge­ winde aufweist.

8. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß die Spindelmutter (39) mit einer Verdrehsicherung (40) geführt ist.

9. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß der Spindeltrieb (36, 39) bezüglich des Antriebsorgans (22) unterhalb der Stellantriebswelle (12) angeordnet ist.

10. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß der Spindeltrieb (36, 39) bezüglich des Antriebsorgans (22) oberhalb der Stellantriebswelle (12) angeordnet ist.

11. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß der Spindeltrieb (36, 39) in einem vom Antriebsgehäuse (6) lösbaren Gehäuseteil angeordnet ist.

12. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß die Nothandbetätigung als Handrad oder Kurbel ausgebildet ist.