DE975686C

DE975686C - Drosselklappe fuer Rohrleitungen mit Antrieb durch hydraulischen Drehservomotor

Info

Publication number: DE975686C
Application number: DEV4585A
Authority: DE
Inventors: Emil Wagner
Original assignee: JM Voith GmbH
Current assignee: JM Voith GmbH
Priority date: 1952-05-10
Filing date: 1952-05-10
Publication date: 1962-05-03

Description

AUSGEGEBENAM 3. MAI 1962

V 4585 XU/47 g

Es ist bekannt, Drosselklappen für Rohrleitungen durch hydraulische Drehservomotoren anzutreiben, die sich infolge ihrer einfachen Bauart besonders gut für die auf den Klappenkörper zu übertragenden Drehbewegungen eignen. Um nun bei der Übertragung der notwendigen Verstellkräfte ohne Zwischenschaltung eines teuren Übersetzungsgetriebes auszukommen, hat man solche Drehservomotoren bisher mit verhältnismäßig großem Durchmesser ausgeführt und sie außerhalb des Klappengehäuses unmittelbar auf die Achse des Klappenkörpers gesetzt.

Im nachfolgenden wird nun eine neue Bauart mit einer bedeutend vorteilhafteren Anordnung des Drehservomotors vorgeschlagen, die gegenüber den früheren Ausführungen wesentliche Platz- und Materialersparnisse ergibt.

Gemäß der Erfindung ist der Drehservomotor in dem Klappenkörper selbst eingebaut, und zwar derart, daß der Klappenkörper bzw. dessen Welle einen Teil des Drehservomotors, beispielsweise dessen Zylinder oder Kolben, bildet. Dabei kann sich die wirksame Zylinder- bzw. Kolbenfläche dieses Drehservomotors je nach der Größe der zu

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übertragenden Verstellkräfte und je nach der Größe des verwendeten Öldruckes über die gesamte Länge der Klappenachse erstrecken. Es wird hier also von der bisher üblichen Bauart eines Dreh-Servomotors mit großem Durchmesser abgegangen und dafür die axiale Baulänge entsprechend vergrößert. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit für die Unterbringung eines Drehservomotors innerhalb einer Drosselklappe. Da der Klappenkörper ίο einer Drosselklappe aus fertigungstechnischen oder konstruktiven Gründen sowieso eine verhältnismäßig große Dicke besitzt, kann der Drehservomotor in den meisten Fällen ohne Schwierigkeiten im Innern des Klappenkörpers untergebracht werden. Außerdem erreicht man einen wesentlich geringeren Materialbedarf, da nunmehr die Klappenachse kurzer ist und der Drehservomotor zum großen Teil von bereits vorhandenen Bauteilen der Klappe und der Klappenachse gebildet werden kann. Außerdem ist zu beachten, daß bei der bisher üblichen Antriebsart am auskragenden Ende der Klappenwelle diese Welle durch das volle Drehmoment beansprucht worden ist, während bei der vorgeschlagenen neuen Bauart bei beiderseitiger Achsbefestigung nunmehr nur etwa halb so große Momente auf jede Achshälfte wirken. Auch läßt sich hier der Drehservomotor symmetrisch auf der Klappenachse anordnen, so daß nur symmetrische und rechnerisch genau zu erfassende Beanspruchungen auftreten. Das Verstiften von Klappe und Klappenwelle und die damit verbundene Schwächung des Wellenquerschnittes entfällt. Außerdem ist bei Drosselklappen keine Stopfbüchse mehr erforderlich, da ja kein beweglicher Teil mehr durch die Gehäusewand hindurchragt. Auch läßt sich die feststehende Klappenachse mit einfachsten Mitteln einwandfrei gegen das Gehäuse abdichten.

Eine günstige Anordnung besteht darin, daß die feststehende Achse den Servomotorkolben und der Klappenkörper den Zylinder des Drehservomotors trägt oder bildet. Dies gestattet eine sehr einfache und zweckmäßige Konstruktion, wobei der Drehservomotor in besonders weitgehendem Maße von Teilen der Klappe und Klappenachse gebildet werden kann.

Eine weitere Ausbildung besteht darin, daß der Kolben und der Zylinder des Drehservomotors in an sich bekannter Weise je eine gleiche Anzahl, mindestens aber je zwei gleichmäßig über den Umfang verteilte Flügel tragen. Durch diese Anordnung erreicht man, daß die Verstellkräfte des Drehservomotors stets symmetrisch auf Achse und Klappe wirken und die Klappenachse nur auf Drehung beanspruchen.

Um die oft bedeutenden Klappenkräfte mit Sicherheit auf das Gehäuse abzuleiten, muß die Lagerung der Klappe entsprechend sorgfältig ausgebildet sein. Die nächstliegende Lösung ist nun, daß die Klappe auf der feststehenden Drehachse, beispielsweise etwa in der Nähe der beiden Achsenden, drehbar gelagert wird. Um die dabei auftretenden Biegespannungen in der Achse möglichst klein zu halten, wird in günstiger Weise die feststehende Achse der Drosselklappe derart angeordnet, daß das größte Widerstandsmoment ihres Querschnittes etwa in Richtung der größten auftretenden Klappenkräfte liegt. Eine Klappenachse für Drosselklappen mit beispielsweise zwei Servomotorflügeln wird man demnach so einbauen, daß die Flügel etwa in einer durch die Rohrachse gehenden Ebene liegen, da in dieser Richtung auch die größten hydraulischen Kräfte wirken.

Um ein einwandfreies Arbeiten und eine ausreichende Dichtheit des Servomotors zu erreichen, ist es wünschenswert, die Biegekräfte von der den Servomotorkolben tragenden Achse teilweise oder gänzlich fernzuhalten. Nach einer Weiterbildung wird daher die Klappe in radialer Richtung nur zum Teil oder überhaupt nicht auf der Achse, sondern teilweise bzw. ausschließlich im Klappengehäuse direkt gelagert. Die Achse dient dann vornehmlich oder ausschließlich nur zur Übertragung der Reaktionsmomente des Servomotors, während die Klappenkräfte zum Teil oder ganz auf direktem Wege auf das Klappengehäuse übertragen werden.

Eine besondere Ausbildungsform besteht hierbei darin, daß die Lagerung der Klappe auf zwei im Klappengehäuse fest angeordneten" Hohlzapfen erfolgt, an denen gleichzeitig die den feststehenden Servomotorteil tragende Achse befestigt ist. Dadurch wird eine sehr einfache und zweckmäßige Konstruktion erreicht.

Falls die wirksamen Druckflächen des Drehservomotors bzw. der Druck der abzusperrenden Flüssigkeit genügend groß sind, kann letztere gleichzeitig als Druckmedium für die Betätigung des Drehservomotors verwendet werden. Eine günstige Anordnung besteht hierbei darin, daß jeder Servomotordruckraum durch einen dauernd geöffneten Zulaufkanal mit der Druckseite der Rohrleitung und durch einen absperrbaren Ablaufkanal mit einem überdrucklosen Raum verbunden ist. Das Steuern des Drehservomotors erfolgt dann lediglich durch Öffnen der absperrbaren Ablaufkanäle einer der beiden Gruppen von zusammengehörigen Druckräumen, die dabei fast drucklos wird, während die anderen Druckräume mit verschlossenen Ablauf kanälen durch ihren Überdruck den Servomotor betätigen.

Um ein zu schnelles Schließen der Drosselklappe und damit zu hohe Druckstöße in der Druckleitung, Zuschlagen der Klappe od. dgl. zu vermeiden, sind die Ablaufkanäle der beim Schließen der Klappe drucklosen Servomotorräume mit nur kleinem Kanalquerschnitt ausgeführt oder mit Drossel-Organen (Drosseldüsen, Drosselventilen od. dgl.), versehen; dadurch können der Abfluß aus diesen Druckräumen und der Druckabfall beliebig verlangsamt und die Schließgeschwindigkeit den besonderen Betriebszuständen angepaßt werden.

An manchen Rohrleitungen ist eine Notschließvorrichtung (Schnellschlußvorrichtung) vorgesehen, die in Notfällen etwa in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit einen Fallgewichtsantrieb auslöst und eine Drosselklappe schließt. Da bei der erfindungsgemäßen Konstruktion keine mit

der Klappe fest verbundenen Teile durch das Gehäuse nach außen reichen, sind hierbei außenliegende Fallgewichte oder Gewichtshebel nicht verwendbar. Nach einer besonderen Ausbildung wird für solche Schnellschluß-Drosselklappen mit horizontaler Drehachse die beim Schließen sich senkende Klappenhälfte schwerer ausgebildet als die andere Klappenhälfte, beispielsweise etwa durch Ausgießen, Vollfüllen mit Ballaststoffen, infolge

ίο unsymmetrischer Konstruktion od. dgl., so daß die Klappe selbst den Fallgewichtshebel bildet. Dem schließend wirkenden Klappengewicht muß dann durch den in Öffnungsstellung dauernd unter Druck stehenden Servomotor das Gleichgewicht gehalten werden, während das Auslösen im Notfalle etwa durch Öffnen einer Ablaufleitung der betreffenden Servomotordruckräume erfolgt.

Da sich bei den vorgeschlagenen Klappenbauarten alle bewegten Teile im Gehäuse befinden, ist die eingestellte Lage der Klappe von außen nicht erkennbar. Gemäß einer Fortbildung des Erfindungsgegenstandes ist daher eine die jeweilige Stellung der Drosselklappe angebende Anzeigevorrichtung vorgesehen.

Die Flügel von Propellern durch Servomotoren zu verstellen, die in der hohlen Achse des Flügelblattes untergebracht sind, ist zwar schon bekannt. Bei den Servomotoren handelt es sich aber um Axialkolbenmotoren. Um hierbei das Flügelblatt zu verdrehen, müssen die hin- und hergehenden Kolbenbewegungen erst durch zwischengeschaltete, zugleich als Übersetzung dienende Gewindeelemente in Drehbewegungen umgewandelt werden.

Des weiteren ist es auf einem ganz anderen technischen Gebiet auch schon vorgeschlagen worden, einen Drehservomotor konaxial mit der Schwenkachse unmittelbar in das durch den Servomotor zu betätigende Organ einzubauen, nämlich bei Schiffsrudern. Die dort vorgeschlagene Lösung hat jedoch-für die auf Absperrorgane von Druckrohrleitungen sich beziehende Erfindung keine Anregung gegeben.

In den Abb. 1 und 2 ist eine gemäß der Erfindung ausgebildete Drosselklappe für Rohrleitungen im Querschnitt bzw. im Längsschnitt dargestellt. Der Klappenkörper 1 der Drosselklappe ist auf zwei im Klappengehäuse 2 fest angeordneten hohlen Achszapfen 3 drehbar gelagert. Der zum Antrieb dienende Drehservomotor besitzt nur geringen Durchmesser, aber eine große axiale Länge und ist in der Klappennabe angeordnet, so daß keine Vergrößerung des Klappenkörpers erforderlich ist. Die an den festen Achszapfen 3 befestigte Achse 4 trägt zwei Flügel 5 und stellt den feststehenden Kolben des Drehservomotors dar, während die Klappennabe den beweglichen Zylinder 6 des Servomotors bildet und zwei Flügel 7 besitzt. Die Zu- bzw. Ableitung des Druckmittels erfolgt durch Kanäle 8. Um Durchbiegungen der Achse möglichst zu vermeiden, sind deren Flügel 5 in einer etwa durch die Rohrachse gehende Ebene, also in Richtung der größten die Klappe beanspruchenden Wasserkräfte, angeordnet. Der Hohlraum 9 in der unteren Klappenhälfte könnte beispielsweise ausgegossen oder mit besonderen Ballaststoffen gefüllt sein und dadurch die Fallgewichtswirkung für eine Schnellschlußeinrichtung erzeugen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Drosselklappe für Rohrleitungen mit Antrieb durch hydraulischen Drehservomotor, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehservomotor in den Klappenkörper selbst eingebaut ist, derart, daß der Klappenkörper bzw. dessen Welle einen Teil des Drehservomotors (Zylinder oder Kolben) bildet.

2. Drosselklappe mit feststehender Achse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die feststehende Achse den Servomotorkolben

(5) und der Klappenkörper den Zylinder (6) des Drehservomotors trägt oder bildet.

3. Drosselklappe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Drehservomotor wenigstens über einen wesentlichen Teil der axialen Breite der Klappe erstreckt.

4. Drosselklappe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben und der Zylinder des Drehservomotors in an sich bekannter Weise je eine gleiche Anzahl, mindestens aber je zwei gleichmäßig über den Umfang verteilte Flügel (5, 7) tragen.

5. Drosselklappe nach Anspruch 1 oder nach einem der übrigen Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet., daß die feststehende Achse der Klappe derart angeordnet ist, daß das größte Widerstandsmoment ihres Querschnittes etwa in Richtung der größten auftretenden Klappenkräfte liegt.

6. Drosselklappe nach Anspruch 1 oder nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappe in radialer Richtung nur zum Teil oder überhaupt nicht auf der den feststehenden Servomotorteil tragenden Achse gelagert, sondern teilweise bzw. ausschließlich im Klappengehäuse (2) direkt gelagert ist.

7. Drosselklappe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Lagerung auf zwei im Klappengehäuse fest angeordneten Hohlzapfen (3) erfolgt, an denen gleichzeitig die den feststehenden Servomotorteil tragende Achse befestigt ist.

8. Drosselklappe nach einem der Ansprüche 1

bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Klappe abzusperrende Druckflüssigkeit gleichzeitig als Druckmedium für die Betätigung des Drehservomotors vorgesehen ist.

9. Drosselklappe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Servomotor druckraum durch einen dauernd geöffneten Zulaufkanal mit der Druckseite der Rohrleitung und durch einen absperrbaren Ablaufkanal mit einem überdrucklosen Raum verbunden ist.

10. Drosselklappe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablauf-

kanäle der beim Schließen der Klappe überdrucklosen Servomotorräume mit nur kleinem Kanalquerschnitt ausgeführt oder mit Drosselorganen (Drosseldüsen, Drosselventilen od. dgl.) versehen sind.

11. Drosselklappe nach einem der Ansprüche ι bis io mit horizontaler Drehachse, dadurch gekennzeichnet, daß die beim Schließen sich senkende Klappenhälfte infolge Ausgießens, Vollfüllens mit Ballaststoffen, unsymmetrischer Konstruktion od. dgl. schwerer ist als die andere Klappenhälfte.

12. Drosselklappe nach Anspruch ι oder nach ι und einem der übrigen Ansprüche 2 bis ii, dadurch gekennzeichnet, daß eine die jeweilige Stellung der Klappe angebende Anzeigevorrichtung vorgesehen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 866 623.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen