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Vorrichtung zum Verstellen von Absperrorganen Die Erfindung bezieht
sich auf Vorrichtungen zum Verstellen von Absperrorganen, Steuerorganen u. dgl.
Es kann sich z. B. darum handeln, ein Ventil, einen Schieber, eine Drehklappe in
öffnender oder schließender Richtung zu betätigen. Eine ideale Verstellvorrichtung
muß so funktionieren, daß sie einen Verstellimpuls ohne Verzögerung und mit voller
Kraft an das zu verstellende Glied weitergibt und nach Beendigung des Impulses sofort
aufhört, auf das zu verstellende Glied einzuwirken.
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Es sind bereits Vorrichtungen für den genannten Zweck bekannt, die
kontinuierlich das zu verstellende Glied betätigen. Diese Vorrichtungen entsprechen
aber nicht den Förderungen, die man an eine ideale Verstellvorrichtung stellt. Das
Drehmoment beim In betriebsetzen ist gering, d. h. die Vorrichtungen benötigen eine
gewisse Zeit, ehe sie mit voller Kraft wirken. Sie haben ferner eine gewisse Auslaufzeit,
ehe sie zum Stillstand gebracht werden können, d. h. es liegt die Gefahr einer übersteuerung
vor. überhaupt erfordern sie verschiedene Hilfseinrichtungen, z. B. eine sogenannte
Endlagekupplun:g, die es dem Motor erlaubt, nach beendeter Verstellung weiterzulaufen.
Es ist auch in manchen Fällen eine Handregulierung erforderlich, die sich nur schwierig
bei :diesen Vorrichtungen anordnen läßt.
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Ferner ist eine Verstellvorrichtung mit zwei von einem Druckmittel
betätigten Antrieben, die jede für sich betätigt werden können und die so eingerichtet
sind, daß sie in entgegengesetzten Richtungen, solange wie Druckmittel zugeführt
wird, stufenweise das zu verstellende Glied betätigen. Jeder dieser Antriebe .besteht
aus einem ajuf das zu verstellende Glied einwirkenden, hin und her beweglichen Kolben,
einem Druckraum an der einen Seite des Kolbens und einer an den Druckraum angeschlossenen
Leitung
zwecks Zuführung des Druckmittels zum Druckraum. Dias zu
verstellende Glied besteht z. B. aus einem auf der Spindel eines Ventils aufgesetzten
Zahnrad, auf das die beiden Antriebsglieder in entgegengesetzter Richtung einwirken
können.
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Bei diesen bekannten Vorrichtungen war der Druckraum in stetiger Verihindung
mit der Druckleitung. Die hin und her gehende Bewegung des Kolbens wurde :dadurch
erzielt, daß der Kolben bei seiner Bewegung eine Auslaßöffnung im Zylinderraum freigab,
durch die das Druckmittel entweichen konnte. Eine Feder wirkte auf den Kolben in
der entgegengesetzten Richtung, wobei die Au.slaßöffnung vom Kolben geschlossen
wurde. Der-Vorgang wiederholte sich so. lange, wie Druckmittel zugeführt wurde.
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Diese Vorrichtungen haben aber den Nachteil, daß' der Wegdes Kolbens
nicht genau bestimmt ist. In den meisten Fällen wird der Kolben einfach eine Pendelbewegung
um eine Mittelstellung ausführen, die von der Lage der Auslaßöffnung bedingt wird.
Mit :anderen Worten, jedes Öffnen und Schließen der Auslaßöffnung hat eine augenblickliche
Umkehrung der Bewegung des Kolbens zur Folge. Die auf :diese Weise erzielbare Hublänge
reicht nicht für das Betätigen des zu verstellenden Glieds, ferner ist die Hublänge
vom Druck des Druckmittels abhängig, was nicht erwünscht ist.
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Die Vorrichtung gemäß der Erfindung geht von .den letztgenannten Vorrichtungen
aus. Um aber den Nachteil dieser Vorrichtungen zu vermeiden, wird gemäß .der Erfindung
eine Druckmittelsteuerung vorgesehen, die mit der Leitung zur Zuführung des Druckmittels
zusammenwirkt und dieso eingerichtet ist, fdaß sie in bestimmten Stellungen des
Antriebglieds mittelbar oder unmittelbar von :diesem verstellt wird, um wechselweise
die Zuführung des Druckmittels zum Druckraum zu gestatten oder abzubrechen, so.
daß .das Antriebsglied eine in der Hauptsache konstante Hublänge erhält, unabhängig
vom Druck dies Druckmittels.
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Dgie Vorrichtung gemäß der Erfindung wirkt in der Weise, @daß sie
sogleich nach einem Verstellimpuls die volle Verstellkraft entwickelt und nach Beendigung
der Verstellung in die Ausgangslage zurückgeht, wobei in dieser Lange das zu verstellende
Glied frei ist und mit der Hand betätigt werden kann. Die Vorrichtung gemäß der
Erfindung bietet weiterhin -den Vorteil, daß sowohl die Anzahl der Verstellimpulse
pro Zeiteinheit als auch das Verhältnis zwischen der Dauer des Verstellimpulses
und der Dauerdes Rückkehrhubes geregelt werden kann. Durch Änderung des Druckes
kann die Anzahl der Verstellimpulse je Zeiteinheit geändert werden, und durch Änderung
des Durchflußquerschnitts der Ein-und Auslaßkanäle kann sowohl die Impulszahl als
auch das Verhältnis zwischen der Dauer des Verstel.limpulses und :der Dauer des
Rückkehrhubes geändert werden. Als Vorteil ergibt sich dabei, daß eine übersteuerung
vermieden werden kann. Wenn der gewünschte Sollwert der Verstellung erreicht worden
ist, läßt sich :der Antrieb so lange stillsetzen, bis ein neuer Impuls eingeleitet
wird. Dadurch wird eine besondere Einrichtung entbehrlich, durch welche bei Erreichung
eines gewünschten Sollwerts :der Antrieb seine weitere Betätigung einstellt.
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Im Vergleich mit kontinuierlich wirkenden Verstellvorrichtungen hat
die Vorrichtung gemäß der Erfindung weiter den Vorteil, daß keine beträchtlichen
Masse:kräfte in Bewegung sind, so daß auch bei Abstellung der Druckm:ittelzufuhr
sofort die Bewegung des Antriebs aufhört und ebenfalls eine Übersteuerung vermieden
wird. Besonders wichtig ist :dies beim Regeln von Ventilen, wobei eben der Regelbereich
nahe der Schließstellung der empfindlichste ist; in :diesem Gebiet führt eine kleine
Änderung der Ventilstellung schon zu einer verhältnismäßig großen Änderung der Durchflußmenge.
Kontinuierlich wirkende Verstellvorrichtungen haben in :diesem Bereich beträchtliche
Nachtedle durch die schnell eintretende Übersteuerung.
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Die Vorrichtung gemäß der Erfindung hat gegenüber den kontinuierlich
wirkenden Verstellvorrichtungen weiter den Vorteil, .daß die Umstellung von Betrieb
in der einen auf Betrieb in .der anderen Richtung sehr schnell bewirkt werden kann.
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Im folgenden werden an Hand der Zeichnung drei Ausführungsbeispiele
der Erfindung näher beschrieben,.
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Fig. i zeigt das erste Ausführungsbeispiel in einem waagerechten Schnitt
und Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II in Fig. i ; Fi;g. 3 zeigt das zweite
Ausführungsbeispiel in einem waagerechten Schnitt und Fig. 4 eine @dazugehörige
Einzelheit; Fig. 5 .ist ein waagerechter Schnitt des dritten Ausführungsbeispiels.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. i und 2 sind die beiden Antriebe
mit i und :2 bezeichnet. Sie sind einander gleich, und es ist daher nur eine dieser
Einrichtungen .in ihren Einzelheiten beschrieben.
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Die Antriebseinrichtung i enthält einen Zylinder 3, indem ein mit
einer Kolbenstange 4 versehener Kolben 5 verschiebhar gelagert ist; der das erwähnte
Antriebsglied darstellt. Das linke Ende des Zylinders ist durch -einen Zylinderdeckel
6 abgeschlossen, der mit einer Bohrung 7 versehen ist, in der ein Schieber 8 verschiebbar
gelagert ist, dessen linke Endlage :durch einen im Zylinderdeckel 6 eingeschraubten
Stopfen 41 und dessen rechte Endlage durch einen Flansch i9 bestimmt ist. Mit dem
Schieber 8 ist eine Stange 9 fest verbunden, an deren anderes Ende zwei Arme i o
und i i angelenkt sind, :die mit ihren freien Enden durch Stifte i2, 13 in schlitzförmigen
. Führungen 14, 1.9 geführt sind, welche .in einem durch Schrauben 16 mit dem Kolben
5 verbundenen Teil 17 vorgesehen sind. Eine an den Stiften angelenkte Zugfeder
18 ist bestrebt, die Arme io, ii einander zu nähern. Die Feder 18 und die Arme io,
ii bewirken eine schnellende Bewegung des Schiebers. Eine Feder 22 strebt den Kolben
5 nach links in. die Außenlage zu bewegen.
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Der Kolben 5 ist in Fig. i in einer labilen Lage dargestellt. Die
Feder 22 ist bestrebt, ihn nach links zudrücken. Die an der Außenseite des Kolbens
eingeschlossene
Luft kann dabei durch einen Kanal 21 entweichen.
Bei :dieser Bewegung des Kolbens nach links wird die Feder 18 gespannt, bis die
Arme io, i i einen gestreckten Winkel miteinander bilden. Bei einer weiteren geringen
Bewegung des Kolbens nach links zieht sich die Feder i8 zusammen, wodurch der Schieber
8 rasch nach rechts in seine innere Lage bewegt wird, in der er am Flansch i9 anliegt;
diese innere Lage ist rechts in Fig. i dargestellt. Dabei wird ein Einlaß 20 für
ein Druckmittel, z. B. Luft, geöffnet, :das durch im Schieber vorgesehene Kanäle
43 die linke Seite (Druckseite) des Kolbens 5 beaufschlagt, so: daß der Kolben sich
nach rechts bewegt. Während dieser Bewegung des Kolbens 5 nach rechts wird die Feder,
18 erneut :gespannt und bewirkt schließlich eine rasche Bewegung des Schiebers nach
links, der dadurch den Druckmitteleinlaß 20 Verschließt und statt :dessen den Auslaß
21 für das Druckmittel öffnet. Der Kolben 5 wird nun durch die Feder 22 nach links
gedrückt (Rückholbewegung), und es wiederholt sich der beschriebene Bewegungsvorgarng.
Die hin und her gehende Bewegung ides Kolbens dauert so lange an, als Druckmittel
durch :den Einlaß 20 zugeführt wird. Die Geschwindigkeit der Bewegung hängt ab von
dem Druck des Druckmittels, dem Querschnitt der Kanäle 2o und 21 sowie von der Größe
:dieser Kanäle im Verhältnis zur Kolbenfläche. Die Kraft, mit welcher der Kolben
5 bei seinem Arbeitshub von der äußeren in die innere Lagebewegt wird, hängt vom
Druck des Druckmittels und von der Kolbenfläche ab und kann innerhalb praktischer
Grenzen beliebig groß gewählt werden.
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Sobald die Zufuhr von Druckmitte-1 unterbrochen wird, hört die Bewegung
des Kolbens auf, und der Kolben bleibt unter der Wirkung der Feder 22 in seiner
äußeren Lage stehen, wie dies rechts in Fig. i dargestellt ist.
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Die beiden Zylinder 3 und 23 der Antriebseinrichtung sind miteinander
mit Hilfe eines Gehäuses 24 verbunden, das im dargestellten Ausführungsbeispiel
aus einem Stück mit den Zylindern hergestellt und zu einem Teil 46 ausgebildet -ist,
in dem ein mit Zähnen 25 versehenes Rad 26 drehbar angebracht ist, welches das zu
verstellende Glied darstellt. In jeder Kolbenstange 4, 27 ist eine Raste in Form
einer Blattfeder 28, 29 angebracht, deren freie Enden zum Zwecke des Eingriffes
mit den Zähnen 25 in Richtung zum Rad 26 abgebogen sind. Wird der Antriebsreinrichtung
i Druckmittel zugeführt, so wird ,das Rad 26 stufenweise im Sinne des Uhrzeigers
gedreht, und diese Bewegung kann beliebig lang fortgesetzt werden. Wird die Zufuhr
des Druckmittels zur Antriebseinrichtung i unterbrochen, 6:o hört die Bewegung des
Rades 26 auf, und wird Druckmittel der Antriebseinrichtung 2 durch den Druckmitteleinlaß
44 zugeführt, so dreht sich das Rad 26 stufenweise entgegen der Richtung des Uhrzeigers.
Das Rad 26 läßt sich somit auf diese Weise beliebig lang in der einen oder anderen
Richtung drehen und in eine beliebige gewünschte Lage einstellen. Durch Anschluß
entsprechend langer Leitungen an die Einlässe 2o; 44 erhält man eine Fernregelung.
Die Hublänge des Kolbens ist z'weckmäßi'g ungefähr gleich der Zahnteilung des Rades
26. Wenn sich :der eine oder der andere Kolben in seiner Ruhelage (äußeren Lage)
befindet, werden die Rasten 28, 29 durch einen Stift 45 außer Eingriff mit dem Zahnrad.
26 gehalten.
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Fig. 2 zeigt die Verwendung der Verstellvorrichtung gemäß der Erfindung
zum Regeln eines Ventils. Mit 37 ist ein Ventilgehäuse mit einem darin angebrachten
Ventilkörper bezeichnet. Das Ventilgehäuse ist in einem Ansatz 39 des Gehäuses 24
eingeschraubt und wird an d iesem außerdem durch eine Hülse 40 festgehalten. Der
Ventilkörper hat eine nach oben gehende Ventilspindel 38, die durch eine Schraube
47 an einem hülsenförmigen Teil 3o befestigt ist. Der Teil 30 iist in einer
Lagerbüchse 33 drehbar gelagert, die ihrerseits in einem Deckel 32 angebracht ist,
der durch Schrauben 31 am Gehäuse 24 befestigt ist. Dias obere Ende des hülsenförmigen
Teiles 30 trägt ein Handrad 42, miit dessen Hilfe der Ventilkörper von Hand
aus verstellt werden kann. Das Raid 26 ist verschiebbar, aber nicht drehbar auf
dem Teil 30 gelagert, und zwar durch einen in. der Narbe des Rades 26 angeordneten
Keil 35, der in axialer Richtung in einer Nut 36 -des Teiles 3o beweglich ist. Eine
Bewegung des Rades 26 in axialer Richtung wird einerseits durch die Büchse 33 und
andererseits durch einen Ring 34 verhindert.
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Aus -der obigen Beschreibung ergibt sich, daß die Ventilspindel 38
in der einen oder anderen R4chtun!g gedreht und in eine beliebige gewünschte Stellung
gebracht werden kann.
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Die in -den Fing. 3 und 4 gezeigte Vorrichtung arbeitet grundsätzlich
in der gleichen Weise wie die in den Fig. i und 2 gezeigte. Der Kolben 5 ist hier
aber durch eine- Membran: 5o und die Blattfeder 28 durch eine Sperrklinke 51 ersetzt.
Mit 52 ist ein Anschlag bezeichnet, ;der, wenn die Membran 4n ihrer äußeren unwirksamen
Lage gehalten wird, den Sperrhaken 51 außer Eingriff mit dem Rad 26 hält. Fi;g.4
zeigt die Schnappvorrichtung in Seitenansicht.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 sind mit 6o und 61 Ventile bezeichnet,
die vom Kolben 5 bei seiner Bewegung verstellt werden. Ein Schieber 62 hat die gleiche
Aufgabe wie der oben beschriebene Schieber 8, wird aber hier vom Druckmittel verstellt.
Er hat zwei Durchgangskanäle 63 und 64 sowie einen Auslaßkänal 65, :der mit nicht
dargestellten Auslaßkanälen im Schieber in Verbindung gesetzt werden kann.
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Druckmittel wird :durch die Leitung 66 zugeführt. Die beiden Ventile
6o und 61 sind geschlossen, und das Druckmittel fließt durch die Kanäle 67 :und
64 in den Raum 68 an der Außenseite des Kolbens und schiebt :den Kolben nach rechts
in seine innere Lage unter gleichzeitigem Vo:rsch'ubdes Rades 26 im Uhrzeigersinn.
Das im Raum 69 an der Innenseite des Kolbens befindliche Druckmittel entweicht dabei
durch die Leitung 70 und den iAuslaßkanal 65. Nahe dem Ende dieser Bewegung
des Kolbens 5 .in die innere Endlage wird das Ventil 61 geöffnet, und das Druckmittel
kann nun über die Kanäle 71 und 72 auf
,den Schieber 62 wirken,
der dabei nach unten verstellt wird. Dadurch wird der Kanal 67 geschlossen und der
Kanal 73 geöffnet, so daß .das Druckmittel durch die Kanäle 73, 74 und
70 in den Raum 69 an der Innenseite des Kolbens einströmen kann. Das im Raum
68 befindliche Druckmittel entweicht dabei durch die Kanäle 67 und 65. Am Ende der
Bewegung ,des Kolbens 5 nach links, dem Rückkehrhub, öffnet das Ventil 6o, und das
Druckmittel kann nun über :die Kanäle 75 und 76 auf die untere Fläche des Schiebers
62 wirken, wodurch der Schieber nach oben verstellt wird; worauf sich der beschriebene
Vorgang wiederholt und fortsetzt, solange Druckmittel durch die Leitung 66 zugeführt
wird.
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Diese Vorrichtung unterscheidet sich von den vorherbeschriebenen dadurch,
daß @die Bewegung des Kolbens in beiden Richtungen unter der Wirkung ,des Druckmittels
erfolgt und daß auch der Schieber 62 durch das Druckmittel verstellt wird. Auch
in diesem Falle kann der Kolben durch eine Membran ersetzt werden.
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Die Vorrichtung gemäß der Erfindung kann für ,die verschiedensten
Verstellzwecke verwendet werden, beispielsweise zum Regeln von Ventilen, Schiebern;
Klappen usw., zum Abstellen verschiedener Einrichtungen, als Steuermaschine usw.
Die zu verstellende Einrichtung wird in geeigneter Weise mit dem oben beschriebenen
Zahnrad oder einem anderen entsprechenden Teil verbunden. Ein wichtiges Verwendungsgebiet
besteht darin, daß die Verstellvorrichtungdas Zwischenglied zwischen einem Befehlsgeber
:und einer zu verstellenden Einrichtung darstellt, also als Servosystem wirkt. Ein
anderes Verwendungsgebiet ist die Zentralisierung der Verstellung, d.h. Fernverstellung,
in Industrien verschiedener Art, besonders in der chemischen Industrie. Die Vorrichtung
hat den Vorteil, d.aß sie eine _laufende wiederholbare Verstellung ermöglicht und
in Standardausführung hergestellt für viele verschiedene Zwecke verwendet werden
kann. Sie besitzt ferner den Vorteil einer einfachen Bauart, Zuverlässigkeit, Billigkeit
in der Herstellung, geringen Platzbedarfes und großer Verstellkraft.
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Im Rahmen der Erfindung sind natürliche verschiedene Abänderungen
möglich. Beispielsweise kann das Zahnrad 26 durch einen anderen Teil, z. B. eine
Zahnstange, ersetzt werden, die eine hin und her gehende Bewegung .ausführt und
in beliebige Lagen verstellt werden kann, um ihrerseits einen anderen Teil zu verstellen.
Das zu verstellernde Glied 26 kann mit einer geeigneten Bremse versehen:sein, die
bim Rückkehrhwb der Antriebseinrichtung eine Mitnahme des zu verstellenden Gliedes
an dieser Bewegung verhindert. Andere Druckmittel als Luft können verwendet werden,
z. B. auch Flüssigkeit. An geeigneten Stellen können Druckregler eingeschaltet sein,
um den Druck auf unveränderter Höhe zuhalten. An Stelle von Überdruck zum Antrieb
der Kolben- oder Me@mbranmotoren kann Unterdruckbenutzt werden. Es dürfte ohne weiteres
ersichtlich sein, welche Abänderungen zu diesem Zweck erforderlich sind. Die in
den PatentansprÜchen vorkommenden Ausdrücke Druckmittel und Druck usw. sollen auch
diese Ausführungsmöglichkeiten umfassen. Die beschriebenen, mittels Druckmittel
angetriebenen Kolben- oder Membranmotoren können durch beliebige Einrichtungen mit
hin und her gehenden Teilen ersetzt werden, beispielsweise durch magneti.sierbare
Solenoide mit darin hin und her beweglichen Kernen oder durch elektrische Motoren,
die mit an sich bekannten Einrichtungen, z. B. Pleuelstangen, den Antriebsgliedern
eine hin und her gehende Bewegung erteilen können, die in ähnlicher Weise ausgenutzt
wird wie in den beschriebenen Beispielen. Mehr als zwei Antriehseinrichtungen für
jede Drehrichtung können benutzt werden, die so zusammenarbeiten, daß sie Impulse
von verschiedenen Stellen erhalten und den regelbaren Teil dementsprechend verstellen.
Die Antriebseinrichtungen brauchen nicht in. der dargestellten Weise in ihrer gegenseitigen
Verlängerung zu liegen. Auch können Antriebseinrichtungen verschiedener Art miteinander
kombiniert werden. Die beiden Antriebseinrichtungen können verschiedene Hublängen
haben, beispielsweise derart, daß die eine einen Zahn in der einen Richtung und
die andere zwei Zähne in der anderen Richtung vorschiebt usw.