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Dokumentenidentifikation DE3315244C2 15.10.1992
Titel Betätigungsvorrichtung für ein drehbares Verschlußstück eines Ventils
Anmelder NEUMO Grundbesitz-GmbH, 7134 Knittlingen, DE
Erfinder Dörsam, Wolfgang, 7518 Bretten, DE
Vertreter Ruff, M., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat.; Beier, J., Dipl.-Ing.; Schöndorf, J., Dipl.-Phys., Pat.-Anwälte, 7000 Stuttgart
DE-Anmeldedatum 27.04.1983
DE-Aktenzeichen 3315244
Offenlegungstag 31.10.1984
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 15.10.1992
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.10.1992
IPC-Hauptklasse F16K 31/16

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Betätigungsvorrichtung für ein drehbares Verschlußstück eines Ventils nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Betätigungsvorrichtung ist im Hauptpatent 33 03 872 vorgeschlagen worden. Sie ist insbesondere anwendbar zur Betätigung eines Drosselklappenventils, bei dem die Schließbewegung eine Verdrehung um einen rechten Winkel erfordert. Dabei ist insbesondere wichtig, daß zum Verdrehen in die Schließstellung kurz vor Erreichen dieser Schließstellung ein höheres Drehmoment erforderlich wird. Darüber hinaus soll es möglich sein, die Schließstellung des Ventils exakt einzujustieren.

Die US 35 02 478 zeigt einstellbare Anschläge für die Kolbenlage, und zwar in Form von an die Kolbenunterseite eines Membrankolbens angeschraubten Stangen, die durch besondere Führungen herausragen und mit externen Anschlägen zusammenwirken. Sie bilden gleichzeitig auch eine Verdrehsicherung des Kolbens, die dieser nötig hat, weil er bei Wirksamwerden der Schraubenführung auf Drehung beansprucht wird. Eine solche Einstelleinrichtung ergibt Probleme bezüglich der Dichtheit und Einstellbarkeit.

Aus der DE 19 50 917 U1 ist ein Druckmittelantrieb für Ventile bekanntgeworden, bei dem durch je eine Schraubenführung zwischen Kolben und Zylinder und zwischen Verschlußstück und Kolben vorgesehen ist, um den Kolbenhub verringern zu können.

Aus der DE-OS 20 62 871 ist eine Betätigungsvorrichtung für einen schieberartigen Absperrkörper bekanntgeworden, die durch Drehung eines Handrades betätigt wird. Die Drehbewegung wird mittels Rollen-Mitnehmern und Führungsschlitzen in einer Hülse in eine Linearbewegung umgesetzt. Die Führungsschlitze enthalten einen flacheren Abschnitt, um eine Selbstsperrung zu bewirken.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Betätigungsvorrichtung nach dem Hauptpatent derart weiterzuverbessern, daß sie bei möglichst einfachem Aufbau und geringem Hub die erforderliche Schwenkbewegung mit einem zum Schließzeitpunkt erforderlichen hohen Drehmoment ermöglicht.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Führung zwischen Kolben und Abtriebswelle eine Kurvenführung aufweist, die mit Hilfe von Mitnehmern zusätzliche Schwenkbewegungen der Abtriebswelle gegenüber dem Kolben bewirkt.

Das Betätigungselement kann beispielsweise eine Stange sein, die sich mit einem Vierkant-Ansatz der Drosselklappe verbinden läßt. Durch das Anordnen von zwei Kurvenführungen erhält man die Möglichkeit, einen weiteren Parameter für die Einstellungscharakteristika der Betätigungsvorrichtung zur Verfügung zu haben. Man kann also beispielsweise in der Stellung, in der das Ventil vollständig geöffnet ist und nur ein geringes Drehmoment braucht, durch eine geringe Hubbewegung des Kolbens einen großen Winkel überstreichen, während gegen Ende der Schließbewegung ein relativ großer Hub nur einen kleinen Schwenkwinkel ermöglicht, so daß zu diesem Zeitpunkt das Drehmoment, das die Betätigungsvorrichtung zur Verfügung stellt, stark ansteigt. Die erste Kurvenführung kann zwischen dem Pneumatikzylinder und dem Kolben und die zweite Kurvenführung zwischen dem Kolben und dem Betätigungselement wirksam sein. Auf diese Weise lassen sich die beiden Kurvenführungen einfach herstellen, da beide Kurvenführungen voneinander unabhängig sind.

Um mit geringem Hub eine möglichst große Winkelbewegung zu erreichen, kann vorgesehen sein, daß die Kurvenführungen derart angeordnet sind, daß sich mindestens bereichsweise eine Addition der Schwenkbewegung ergibt. Soll die Betätigungsvorrichtung für Fälle verwendet werden, in denen insgesamt nur eine kleine Winkeländerung mit großem Drehmoment erforderlich ist, so kann es vorteilhaft sein, die Kurvenführungen derart anzuordnen, daß sich eine Subtraktion der Schwenkbewegungen ergibt.

Die Erfindung schlägt weiterhin vor, daß der Kolben zweiteilig ausgebildet sein kann, wobei der äußere Teil mindestens eine mit einem Mitnehmer an der Innenwand des Pneumatikzylinders zusammenwirkende Nut und der innere Kolbenteil mindestens eine mit einem Mitnemer an der Abtriebswelle zusammenwirkende Nut aufweist. Dabei sind vorzugsweise die Mitnehmer als auf Zapfen aufgesetzte Rollen ausgebildet, die an einer Seitenwand der Nut angreifen. Dies ist eine besonders einfache Art einer Kurvenführung.

Die Erfindung schlägt weiterhin vor, daß der innere Kolbenteil und der äußere Kolbenteil miteinander verklebt sein kann. Die getrennte Herstellung und anschließende Verklebung erleichtert das Herstellen der einzelnen, vorzugsweise aus Kunststoff bestehenden Teile des Kolbens.

In Weiterbildung kann vorgesehen sein, daß zur Veränderung des Drehmoments die Steigung mindestens einer der Kurvenführungen sich ändert. Besonders günstig ist es, wenn zu diesem Zweck die Kurvenführung des Innenkolbens verwendet wird.

Um die Betätigungsvorrichtung leicht mit dem zu betätigenden Gegenstand, insbesondere der Drosselklappe des Drosselklappenventils zu verbinden, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß das Betätigungselement eine mit dem zu verschwenkenden. Gegenstand kuppelbare, drehbar gelagerte Welle ist.

Um eine möglichst gleichmäßige Kräfteverteilung in der Betätigungsvorrichtung zu ermöglichen, kann in Weiterbildung erfindungsgemäß vorgesehen sein, daß beide Kolbenteile je zwei um 180° versetzt angeordnete Nuten aufweisen. Es ist selbstverständlich auch möglich, die Anzahl der Nuten zu vergrößern, beispielsweise drei um je 120° versetzt angeordnete Nuten zu verwenden.

Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Diese zeigt einen Längsschnitt durch ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung.

Die in der Zeichnung dargestellte Betätigungsvorrichtung enthält einen Pneumatikzylinder 11, der einen zylindrischen Mantel 12, einen oberen Deckel 13 und einen unteren Deckel 14 aufweist. Der untere Deckel 14 enthält einstückig einen zylindrischen Ansatz 15, der in einen Flansch 16 übergeht. In dem Flansch 16 ist ein Stift 17 eingesetzt. Mit Hilfe des Flansches 16 kann die Betätigungsvorrichtung an einem entsprechend ausgebildeten Flansch eines Ventilkörpers eines Drosselklappenventils befestigt werden, wobei der Stift 17 zur Ausrichtung der beiden Flansche dient. Dies ist in dem Hauptpatent dargestellt.

In dem Pneumatikzylinder 11 ist ein Kolben 18 in axialer Richtung verschiebbar angeordnet. Der Kolben 18 weist an seiner Außenseite zwei Kurvenführungen bildende Nuten 19 auf, deren Verlauf links in der Figur gestrichelt dargestellt ist. Die Nuten 19 verlaufen beim dargestellten Ausführungsbeispiel längs einer Schraubenlinie über den Außenumfang des Kolbens 18. In die Nuten 19 greifen zwei Mitnehmerrollen 20 ein, die auf Zapfen 21 gelagert sind.

Oberhalb des Endes der Nuten 19 besitzt der Kolben 18 an seiner Außenseite eine umlaufende Ringnut 22 mit einer darin eingelegten Dichtung 23.

Wie sich aus der Figur ebenfalls ergibt, ist der Kolben 18 aus zwei Teilen aufgebaut, nämlich einem äußeren Kolbenteil 24 mit der Nut 19 und einem inneren Kolbenteil 25, der mit einer nach innen gerichteten Schulter 26 des äußeren Kolbenteils 24 verbunden, z. B. verklebt ist. Über den inneren Kolbenteil 25 ist eine Metallhülse 27 aufgesetzt, die mit Hilfe eines Flansches 28 von unten her mit Hilfe von Schrauben 29 an die Schulter 26 des Kolbens 18 angeschraubt ist. Dabei sind unter den Flansch 28 zwei Dichtungen 30 gelegt, die eine zuverlässige Abdichtung bewirken.

Der innere Kolbenteil 25 weist ebenfalls zwei Nuten 31 auf, deren Verlauf ebenfalls gestrichelt dargestellt ist. Die Nuten 31 verlaufen im oberen Bereich des inneren Kolbenteils 25 parallel zur Längsachse der Vorrichtung.

Der obere Teil 32 weist eine Bohrung auf, durch die sich ein mit einem Gewinde 33 versehener Teil einer Stange 34 erstreckt, wobei das Gewinde 33 in eine außerhalb der Hülse 27 angeordnete Platte 35 eingeschraubt ist. Durch das Zusammenwirken der Verklebung zwischen dem inneren Kolbenteil und der Schulter 26 sowie der festgeschraubten Metallhülse 27 und der Verschraubung des oberen Teils 32 des inneren Kolbenteils 25 an der Stange 34 ergibt sich eine sichere und zuverlässige Befestigung der beiden Kolbenteile 24 und 25, wobei durch die Dichtungen 30, 23 und eine Dichtung 36 eine gute Abdichtung des unteren Pneumatikzylinder-Hohlraumes 37 gegenüber dem oberen Hohlraum 38 geschaffen wird.

Am äußeren Ende der Stange 34 ist ein Schalterkopf 39 angeordnet, der zum Betätigen von zwei Schaltern, die den jeweiligen Endstellungen des Kolbens 18 entsprechen, verwendet werden kann.

Um die Metallhülse 27 herum ist ein im Querschnitt L- förmiger Kragen 40 gelegt, an dem das untere Ende einer Schraubenfeder 41 angreift. Koaxial und außerhalb zu der Metallhülse 27 ist eine zweite Metallhülse 42 angeordnet, die an ihrem unteren Ende eine Schulter 43 aufweist. Die Gewindeplatte 35 weist einen etwas größeren Durchmesser auf als die Metallhülse 27, so daß die Metallhülse 42 wegen ihrer Schulter 43 nicht nach oben abgezogen werden kann. Die Metallhülse 42 besitzt an ihrem oberen Ende einen nach außen gerichteten Flansch 44, an dem das obere Ende der Schraubenfeder 41 anliegt. Dadurch läßt sich der zusammenmontierte Kolben als eine Einheit in den Pneumatikzylinder einsetzen.

In dem unteren Deckel 14 des Pneumatikzylinders 11 ist als Einstellglied 45 eine Bodenschraube eingeschraubt, die mit Hilfe einer Dichtung 46 abgedichtet ist. In der Bodenschraube ist zentral eine Abtriebswelle 47 gelagert, die ebenfalls mit Hilfe einer Dichtung 48 abgedichtet ist. Die Abtriebswelle 47 besitzt einen umlaufenden Flansch 49, der mit seiner Unterseite an einer reibungsvermindernden Auflage 50 auf der Oberkante des Einstellglieds 45 aufliegt. Die Verschiebung der Welle nach oben wird durch den unteren Flansch 51 an der Unterseite des Einstellglieds 45 verhindert. An der Unterseite besitzt die Abtriebswelle 47 eine viereckige Ausnehmung 52, die zum Aufsetzen auf einen Vierkant eines Drosselklappenventils ausgebildet ist.

Die Abtriebswelle 47 dreht sich frei innerhalb des inneren Kolbenteils 25. In ihrem oberen Teil weist die Abtriebswelle 47 einen Abschnitt verringerten Durchmessers auf, durch den sich ein Querbolzen 53 erstreckt, auf dessen beiden nach außen gerichteten Seiten je eine Mitnehmerrolle 54 aufgesetzt ist. Die Mitnehmerrolle 54 greift in die beiden Nuten 31 in dem inneren Kolbenteil 25 ein.

Die Arbeitsweise der Betätigungsvorrichtung ist folgendermaßen. Geht man von der Zeichnung nicht dargestellten oberen Stellung des Kolbens 18 aus, so liegen die Mitnehmerrollen 20 am unteren Ende der Nuten 19. Die Mitnehmerrollen 54 liegen dementsprechend am unteren Ende der Nuten 31. Wird nun der Druck im Hohlraum 37 des Pneumatikzylinders vermindert, so drückt die Feder 41 den zweiteiligen Kolben 18 nach unten, wobei sich der zweiteilige Kolben durch das Angreifen der Mitnehmerrollen 20 an der Nut 19 verdreht, was gleichzeitig zu einem Verdrehen der Abtriebswelle 47 gegenüber dem Kolben aufgrund des Angreifens der Mitnehmerrollen 54 an den Wänden der Nut 31 führt. Wenn sich der Kolben 18 seiner unteren Stellung nähert, gelangen die Mitnehmerrollen 54 in den senkrecht verlaufenden Teil der Nut 31, so daß nur noch eine Drehung des Kolbens gegenüber dem Zylinder erfolgt, jedoch keine Drehung der Abtriebswelle 47 gegenüber dem Kolben mehr. Daher wird in diesem Bereich nur noch eine schwache Verdrehung nur aufgrund der Nut 19 und der Mitnehmerrollen 20 bewirkt, was zu einer Verstärkung des Drehmomentes führt.

Der untere Totpunkt des Zylinders und damit die exakte Schließstellung des Ventils kann durch mehr oder weniger starkes Einschrauben des Einstellgliedes 45 einreguliert werden.


Anspruch[de]
  1. 1. Betätigungsvorrichtung für ein drehbares Verschlußstück eines Ventils (11), insbesondere eines Drosselklappenventils, mit einem einseitig pneumatisch beaufschlagbaren, in Gegenrichtung von einer Feder (41) belasteten Pneumatikkolben (18), der axial bewegbar ist und mittels einer Kurvenführung (19) und Mitnehmern (20) diese Axialbewegung in eine Drehbewegung einer mit einer Welle des Verschlußstücks kuppelbaren Abtriebswelle (47) umsetzt, wobei der Kolben (18) sich in seiner einen Endstellung (Ruhestellung) auf einem axial verstellbaren Einstellglied (45) abstützt, wobei der Kolben (18) bei Axialbewegung auch eine Drehbewegung ausführt und diese Drehbewegung über eine längsbewegliche, drehkraftübertragende Führung (31, 54) auf die Abtriebswelle (47) überträgt, und das Einstellglied (45) die Abtriebswelle (47) drehbar, jedoch axial fixiert aufnimmt, nach Patent 33 03 872, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung (31, 54) zwischen Kolben (18) und Abtriebswelle (47) eine Kurvenführung aufweist, die mit Hilfe von Mitnehmern zusätzliche Schwenkbewegungen der Abtriebswelle gegenüber dem Kolben (18) bewirkt.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurvenführungen derart angeordnet sind, daß sich mindestens bereichsweise eine Addition der Schwenkbewegungen ergibt.
  3. 3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (18) zweiteilig ausgebildet ist, wobei der äußere Teil (24) mindestens eine mit einem Mitnehmer an der Innenwand des Pneumatikzylinders (11) zusammenwirkende Nut (19) und der innere Kolbenteil (25) mindestens eine mit einem Mitnehmer an der Abtriebswelle zusammenwirkende Nut (31) aufweist.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Kolbenteil (25) und der äußere Kolbenteil (24) miteinander verklebt sind.
  5. 5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Veränderung des Drehmomentes die Steigung mindestens einer der Kurvenführungen sich ändert.
  6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß beide Kolbenteile (24, 25) je zwei um 180° versetzt angeordnete Nuten (19, 31) aufweisen.






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