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Dokumentenidentifikation DE19708272C2 21.06.2000
Titel Bewegungsumformer zur Betätigung eines Ventils für tiefkalte kryogene Medien
Anmelder Linde AG, 65189 Wiesbaden, DE
Erfinder Wiesner, Frank, Dipl.-Ing., 81241 München, DE;
Hutter, Rudolf, 82223 Eichenau, DE
DE-Anmeldedatum 28.02.1997
DE-Aktenzeichen 19708272
Offenlegungstag 10.09.1998
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 21.06.2000
Veröffentlichungstag im Patentblatt 21.06.2000
IPC-Hauptklasse F16K 31/53
IPC-Nebenklasse F25B 41/04   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Bewegungsumformer zur Betätigung eines Ventils für tiefkalte kryogene Medien, wobei ein rotierendes Eingangselement und ein linear bewegliches Ausgangselement vorgesehen sind.

Ein solcher Bewegungsumformer dient der Übertragung einer Drehbewegung, beispielsweise der Drehbewegung der Antriebswelle eines Elektromotors, in eine axiale Bewegung zur Betätigung der Ventilspindel eines Ventils für tiefkalte kryogene Medien. Ein solches Ventil wird auch als Kaltventil bezeichnet. Der Einsatzbereich reicht bis hinab zu einer Temperatur von 2 Kelvin. Kaltventile, die beispielsweise in der Raumfahrt oder in Flüssig-Helium-Anlagen zur Anwendung kommen, können auch unter Kryovakuum-Bedingungen betrieben werden. Der zur Betätigung des Ventils vorgesehene Bewegungsumformer ist in der Regel eingangsseitig auf ein sehr geringes Drehmoment und ausgangsseitig auf eine hohe Axialkraft mit geringem Hub ausgelegt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Bewegungsumformer der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, der bei kompakten Abmessungen und zuverlässiger Funktion eine hohe Übersetzung mit geringer Reibung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das rotierende Eingangselement als Schnecke eines Schneckengetriebes ausgebildet ist, dessen Schneckenrad drehsynchron mit einer Kurvenscheibe verbunden ist, die mit einem das Ausgangselement des Bewegungsumformers bildenden Hubelement in Wirkverbindung steht, wobei das Hubelement eine drehbar gelagerte Rolle aufweist, die in Eingriff mit einer huberzeugenden Kurvenbahn der Kurvenscheibe steht.

Der erfindungsgemäße Bewegungsumformer weist nur wenige Einzelteile auf, was einerseits zu geringster Baugröße und geringstem Gewicht führt und andererseits eine günstige Kraftübertragung bewirkt. Darüber hinaus ist aufgrund der geringen Anzahl von Einzelteilen das Risiko des Versagens minimiert.

Der Einsatz eines Schneckengetriebes ermöglicht mit nur zwei Bauelementen eine sehr hohe Übersetzung. Da ein Schneckengetriebe selbsthemmend ist, bedarf es keiner besonderen Vorrichtungen, um die Ventilspindel geschlossen oder offen oder in beliebigen Zwischenstellungen zu halten. Die Ventilspindel überträgt keine axialen Kräfte auf die Motorlager.

Die Umformung der Dreh- in eine Axialbewegung erfolgt mit Hilfe einer Kurvenscheibe, was eine der ersten, bereits sehr hohen Übersetzung nachgeschaltete, zweite, ebenfalls sehr hohe Übersetzung ermöglicht. Durch geeignete Gestaltung der Kurvenbahn (Steigungshöhe, Längenabschnitte) können ein geringes Startdrehmoment sowie annähernd gleichbleibende Drehmomente in allen Phasen erzielt werden.

Durch die am Hubelement drehbar angeodnete Rolle, die mit der huberzeugenden Kurvenbahn der Kurvenscheibe in Wirkverbindung steht, entstehen praktisch keine Reibungsverluste bei der Umwandlung der Drehbewegung der Kurvenscheibe in eine Axialbewegung des Hubelements. Dies ist vor allem beim Einsatz im Kryovakuum- Bereich sehr wichtig, da dort - systembedingt - die Reibungswiderstände extrem hoch werden können und schwer im voraus zu bestimmen sind. Darüber hinaus wirken infolge der erfindungsgemäßen Verwendung einer Kurvenscheibe ausschließlich Axialkräfte auf die Ventilspindel ein.

Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der Bewegungsumformer eingangsseitig mit einem durch Endschalter beeinflußbaren Elektromotor verbunden ist, wobei die Endschalter durch mindestens einen mit der Kurvenscheibe verbundenen Schaltnocken betätigbar sind. Auf diese Weise müssen die Endschalter nicht direkt in Wirkverbindung mit dem sehr geringen Hub der Ventilspindel stehen sondern lassen sich in den Bewegungsumformer integrieren. Dadurch wird die Einstellung des Schaltpunktes wesentlich vereinfacht.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand des in den schematischen Figuren dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Bewegungsumformer und

Fig. 2 einen Schnitt durch den Bewegungsumformer gemäß Fig. 1.

Der erfindungsgemäße Bewegungsumformer weist als rotierendes Eingangselement eine Schnecke 1 auf, die auf einer in zwei Wälzlagern 2 und 3 gelagerten Welle 4 angeformt ist, welche an ihrem in der Fig. 1 rechten Ende zur Verbindung mit der Antriebswelle eines nicht dargestellten Elektromotors ausgebildet ist. Die Schnecke 1 kämmt mit einem Schneckenrad 5, das auf einer mittels Wälzlagern 6 und 7 gelagerter Welle 8 angeordnet ist. Mit dem Schneckenrad 5 ist eine Kurvenscheibe 9 drehsynchron verbunden, an deren Außenumfang eine Kurvenbahn 9a angeformt ist. Gegen die Kurvenbahn 9a der Kurvenscheibe 9 liegt ein Hubelement 10 mittels einer drehbar gelagerten Rolle 10a an. Das Hubelement 10, das in einer Kunststoffbuchse 11 geführt ist, betätigt den Ventilschieber eines in den Figuren nicht dargestellten Kaltventils, d. h. eines Ventils für tiefkalte kryogene Medien, das auch im Kryovakuum- Bereich betrieben werden kann.

Die von einem Elektromotor mit sehr geringem Drehmoment in die Schnecke 1 eingeleitete Drehbewegung wird mittels des Schneckenrades 5 in eine Drehbewegung mit erheblich langsamerer Drehzahl jedoch erhöhtem Drehmoment umgewandelt und auf die Kurvenscheibe 9 drehsynchron übertragen. Durch die Wirkverbindung zwischen der Kurvenbahn 9a der Kurvenscheibe 9 und der Rolle 11 des Hubelements 10 erfolgt praktisch ohne Reibungsverlust eine Umwandlung der Drehbewegung in eine sehr langsame Axialbewegung, die bei Bewegungsrichtung nach unten eine große, auf den Ventilschieber einwirkende Axialkraft ermöglicht.

An der Kurvenscheibe 9 ist zumindest ein Schaltnocken 12 befestigt, durch den im vorliegenden Ausführungsbeispiel zwei auf den Elektromotor einwirkende Endschalter 13 und 14 betätigbar sind.


Anspruch[de]
  1. 1. Bewegungsumformer zur Betätigung eines Ventils für tiefkalte kryogene Medien, wobei ein rotierendes Eingangselement und ein linear bewegliches Ausgangselement vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß das rotierende Eingangselement als Schnecke (1) eines Schneckengetriebes ausgebildet ist, dessen Schneckenrad (5) drehsynchron mit einer Kurvenscheibe (9) verbunden ist, die mit einem das Ausgangselement des Bewegungsumformers bildenden Hubelement (10) in Wirkverbindung steht, wobei das Hubelement (10) eine drehbar gelagerte Rolle (10a) aufweist, die in Eingriff mit einer huberzeugenden Kurvenbahn (9a) der Kurvenscheibe (9) steht.
  2. 2. Bewegungsumformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bewegungsumformer eingangsseitig mit einem durch Endschalter (13, 14) beeinflußbaren Elektromotor verbunden ist, wobei die Endschalter (13, 14) durch mindestens einen mit der Kurvenscheibe (9) verbundenen Schaltnocken (12) betätigbar sind.






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