Kolbenantrieb

Abstract

 Es wird ein kompakt ausgelegter Kolbenantrieb, der insgesamt zur Ventilbetätigung o.dgl. bestimmt ist, angegeben, bei dem mehrere Funktionen, wie Notbetätigung, Hubbegrenzung, Endlagenkontrolle u.dgl. in integrierter Ausbildung verwirklicht sind. Die beiden Endstellungen des Kolbens (3) werden durch in die Bewegungsbahn des Kolbens ragende hülsenförmige Einsätze (14, 20) bestimmt, die mittels im Gehäuse angeordneter Schneckenantriebe (15, 21) axial verschiebbar sind. Eine der Anordnungen, bestehend aus axial verschieblichem hülsenförmigem Einsatz und Schneckenantrieb dient zur Handnotbetätigung, während die andere entsprechende Anordnung zur Hubbegrenzung benutzt wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung befaßt sich mit einem Kolbenantrieb, der ins­besondere zur Ventilbetätigung o.dgl. bestimmt ist, welcher ein Gehäuse aufweist, in dessen Innenraum ein eine Dichtung tragender Kolben zwischen zwei Endstellungen hin- und her­bewegbar ist, wobei der Kolben eine Kolbenstange hat, die eine Betätigungseinrichtung entsprechend der Kolbenbewegung beaufschlagt.

[0002] Bei Kolbenantrieben herkömmlicher Art können eine Notbetäti­gungsfunktion, eine Hubbegrenzungsfunktion, sowie Einrich­tungen zur Endstellungskontrolle dadurch verwirklicht werden, daß man zusätzliche Einrichtungen am Gehäuse in Form separa­ter Bauteile vorsieht, die üblicherweise mit der Kolbenstan­ge des Kolbenantriebs zusammenarbeiten. Daher sind diese für die zusätzlichen funktionen vorgesehenen Einrichtungen im allgemeinen an den axialen Enden des Gehäuses angebaut, wodurch sich Anschlußschwierigkeiten hinsichtlich des Platz­bedarfs u.dgl. im Zusammenhang mit der Herstellung einer Verbindung zu einer zugeordneten Betätigungseinrichtung ergeben. Insbesondere ist auch ein relativ großer Platzbe­darf für den Einbau eines solchen Kolbenantriebs mit zusätz­liche Funktionen erfüllende Einrichtungen erforderlich, wo­durch sich Schwierigkeiten ergeben, wenn an dem Einbauort nicht ausreichend einbauraum vorhanden ist.

[0003] Die Erfindung zielt darauf ab, unter Überwindung der zuvor geschilderten Schwierigkeiten, einen Kolbenantrieb, der ins­besondere zur Ventilbetätigung o.dgl. bestimmt ist, bereitzu­ stellen, der eine gedrängte Bauweise hat und entsprechend gewünschte zusätzliche Funktionen verwirklicht, ohne daß man hierfür separate blockförmige Baugruppen zusätzliche an der Außenseite des Kolben­antriebs anbauen muß.

[0004] Nach der Erfindung zeichnet sich ein Kolbenantrieb dadurch aus, daß wenigstens eine erste Endstellung des Kolbens durch einen im Gehäuse­innenraum beweglich angeordneten und in die Bewegungsbahn des Kolbens ragenden ersten hülsenförmigen Einsatz bestimmt ist, der mittels eines im Gehäuse angeordneten Schneckenantriebs axial verschiebbar ist.

[0005] Dank dieser Auslegung des Kolbenantriebs läßt sich wenigstens eine der Endstellungen des Kolbens verändern, indem man durch den im Ge­häuse angeordneten Schneckenantrieb den ersten hülsenförmigen Einsatz axial verstellt. Wenn der Kolben in dieser ersten Endstellung sich befindet, man aber beispielsweise aus Sicherheitsgründen den Kolben in eine andere Stellung überführen möchte, so kann mit Hilfe des Schneckenantriebs der erste hülsenförmige Einsatz in axialer Richtung verschoben und hierbei der Kolben in die jeweils gewünschte Sicher­heitsstellung gebracht werden. Zugleich läßt sich mit Hilfe des Schneckenantriebs und des axial beweglichen ersten hülsenförmigen Ein­satzes auch der Hubweg des Kolbens verändern.

[0006] Gemäß einer bevorzugten weiteren Ausbildungsform nach der Erfindung weist der Kolbenantrieb für die Bestimmung der zweiten Endstellung des Kolbens einen in die Kolbenbewegungsbahn des Kolbens ragenden zweiten hülsenförmigen Einsatz auf, der beweglich im Gehäuseinnenraum angeordnet ist, und der mittels eines zweiten im Gehäuse angeordneten Schneckenantriebs axial verschiebbar ist. Bei dieser Auslegungsform des Kolbenantriebs läßt sich somit auch die Lage der zweiten Endstellung des Kolbens in axialer Richtung gesehen verändern.

[0007] Gemäß einem weiteren wesentlichen Aspekt nach der Erfindung ist der Kolbenantrieb mit seinen eingebauten Einrichtungen spiegelsymmetrisch zu einer etwa senkrecht zu der Kolbenstange verlaufenden Ebene ausgelegt ist. Dank einer solchen Auslegungsform ist der erfindungsgemäße Kolben­antrieb weitgehend universell verwendbar und einbaubar.

[0008] Die Erfindung wird nachstehend an einem Beispiel unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert.

[0009] Die einzige Figur 1 der Zeichnung zeigt eine Längsschnittansicht des Kolbenantriebs nach der Erfindung.

[0010] In der Zeichnung ist der Kolbenantrieb insgesamt mit 1 bezeichnet. In einem insgesamt mit 2 bezeichneten Gehäuse des Kolbenantriebs 1 ist ein Kolben 3, der auf seiner Außenumfangsfläche einen Doppellippen-Dichtring 4 trägt, in axialer Richtung bewegbar. Mit dem Kolben 3 ist eine zentral im Gehäuse 2 angeordnete Kolbenstange 5 verbunden, die an den axial gegenüberliegenden Enden 6 und 7 des Gehäuses durchgeht und nach außen herausgeführt ist. Hierzu sind entsprechende Durchführungseinrichtungen 8 mit entsprechenden Dichtungen vorgesehen, die beim dargestellten Beispiel hinsichtlich der Ausbildung übereinstimmen. Beim dargestellten Beispiel ist der Kolben 3 mit Hilfe einer Feder 9 in Richtung der unteren Endstellung in Fig. 1 vorbelastet, bei der es sich beispielsweise um die erste Endstellung handelt. Zusätzlich zu der Federvor­ belastung mit Hilfe der Feder 9 oder auch anstelle dieser Federvorbelastung kann die Steuerung der Bewegung des Kol­bens 3 im Gehäuse 2 mit Hilfe eines Drucksteuermediums durchgeführt werden, wozu in der Nähe der axial gegenüber­liegenden Enden 6, 7 des Gehäuses 2 ein Einlaß 10 und ein gegenüberliegender Auslaß 11 bzw. zweiter Einlaß vorgesehen ist. Dieses Drucksteuermedium beaufschlagt die freiliegenden Kolbenwirkflächen und entsprechend den Druckverhältnissen auf der Oberseite und der Unterseite des Kolbens 3 führt dann der Kolben 3 des Kolbenantriebs 1 eine Verfahrbewegung aus. Wie in der einzigen Figur rechts mit gebrochener Linie dar­gestellt ist, kann an dem Bereich des Einlasses 10 das Ge­häuse 2 einen angeformten Befestigungsflansch 12 aufweisen, an dem sich dann ein wegeventil (nicht dargestellt) und/oder ein Pilotventil zur Vorsteuerung anbringen läßt, so daß das Gehäuse 2 für derartige weitere Einrichtungen der Druckmittel­schaltung als Träger dient.

[0011] Die erste oder entsprechend der Figur die untere Endstellung des Kolbens 3 wird durch einen hülsenförmigen Einsatz 14 be­stimmt, der in das Gehäuse 2 eingesetzt ist. Dieser erste hülsenförmige Einsatz 14 ragt in die Bewegungsbahn des Kol­bens 3 und in der ersten Endstellung desselben liegt dieser mit seiner Unterseite auf der Oberseite des hülsenförmigen ersten Einsatzes 14 auf. Diesem ersten hülsenförmigen Einsatz 14 ist ein erster und insgesamt mit 15 bezeichneter Schnecken­antrieb zugeordnet. Wie in der Zeichnung dargestellt, umfaßt der Schneckenantrieb 15 eine, Antriebsspindel 16, die das Gehäuse in etwa senkrecht zum Verlauf der Kolbenstange 5 das Gehäuse 2 durchsetzt, d.h. daß die Antriebsspindel 16 in Brei­tenrichtung des Gehäuses 2 verläuft. Ein Ende der Antriebs­spindel 16 liegt frei, und auf das freiliegende Ende kann beispielsweise ein Werkzeug zur verdrehung und Betätigung der Antriebsspindel 16 von der Außenseite des Gehäuses 2 her aufgesetzt werden. Die Antriebsspindel 16 des Schneckenantriebs 15 kämmt mit einem Schneckenrad 17, das im Gehäuse 2 ortsfest gehalten ist und das an seiner Innenfläche ein Gewinde 18 hat. Das Gewinde 18 des Schneckenrads 10 ist in kämmendem Eingriff mit einem Außengewinde 19, das auf der axial verlaufenden Außenfläche des ersten hülsenförmi­gen Ansatzes 14 ausgebildet ist.

[0012] Bei dem dargestellten Beispiel dient der erste Schnecken­antrieb 15 für die Handnotbetätigung des Kolbenantriebs 1. Wenn der Kolben 3 auf der Oberseite des hülsenförmigen Ein­satzes 14 aufliegt und die Steuerung des Kolbenantriebs 1 durch entsprechende Druckbeaufschlagung mit Hilfe des Mediums und/oder der Vorbelastungsfeder 9 ausfällt oder gestört ist, so kann man den Kolben 3 bezüglich seiner axialen Lage dadurch verstellen, daß man die Antriebsspindel 16 des ersten Schneckenantriebs 15 verdreht und durch die Verdrehung wird über die Bewegungsverbindung von Schneckenrad 17 und Gewinde 18 und 19 der hülsenförmige erste Einsatz 14 in axialer Rich­tung verfahren, wobei der Kolben 3 mitgenommen wird.

[0013] Auf der anderen Seite des Kolbens 3 und in axialer Verlänge­rung zu dem ersten hülsenförmigen Einsatz 14 ist bei dem dargestellten Beispiel ein zweiter hülsenförmiger Einsatz 20 vorgesehen, der in die Bewegungsbahn des Kolbens 3 ragt, und die zweite oder obere Endstellung des Kolbens 3 bestimmt. Wie dargestellt ist im ersten Schneckenantrieb 15 etwa dia­metral gegenüberliegend ein zweiter, insgesamt mit 21 be­zeichneter Schneckenantrieb am Gehäuse 2 angeordnet, der in Wirkverbindung mit dem zweiten hülsenförmigen Einsatz 20 ist. Dieser zweite Schneckenantrieb 21 umfaßt eine Antriebs­spindel 22, die etwa parallel zur Antriebsspindel 16 des ersten Schneckenantriebs 15 das Gehäuse 2 durchsetzt und an einer Außenseite desselben frei zugänglich ist. Mit dieser Antriebsspindel 22 steht ein Schneckenrad 23 in kämmendem Eingriff, das an seiner Innenseite ein Gewinde 24 trägt.

[0014] Auf der Außenseite des zweiten hülsenförmigen Einsatzes 20 ist ein Außengewinde 25 vorgesehen, das in Gewindeingriff mit dem Gewinde 24 am Schneckenrad 23 steht. Bei dem darge­stellten Beispiel steht dieser zweite Schneckenantrieb 21 in Verbindung mit dem zweiten hülsenförmigen Einsatz 20 als eine Hubbegrenzungseinrichtung für den Hubweg des Kolbens 3.

[0015] Durch entsprechendes Verdrehen der Antriebsspindel 22 wird über das damit kämmende Schneckenrad 23 und die Gewinde 24 und 25 der zweite hülsenförmige Einsatz 20 in axialer Rich­tung verstellt und der in die Bewegungsbahn des Kolbens 3 ragende Teil des zweiten hülsenförmigen Einsatzes 20 bildet einen Anschlag für die obere Endstellung des Kolbens 3.

[0016] Der Doppellippen-Dichtring 4 auf dem Außenumfang des Kolbens 3 liegt an einer Innenwandfläche eines insgesamt mit 26 bezeichneten Distanzelements an, das in den Innenraum des Gehäuses 2 eingesetzt ist. Das Distanzelement 26 ist bei­spielsweise als Distanzhülse 27 ausgebildet und hält die bei­den vorgesehenen Schneckenräder 17 und 23 der beiden Schnek­kenantriebe 15 und 21 in vorbestimmtem axialem Abstand von­einander und fixiert diese. Die axial gegenüberliegenden En­den der Distanzhülse 27 liegen gegen die entsprechend zuge­wandten liegenden Flächen der Schneckenräder 17 und 23 an.

[0017] Natürlich sind die Funktionen des ersten und zweiten Schneckenantriebs 15, 21 sowie der zugeordneten ersten und zweiten Hülsen 14, 20 auch umkehrbar, so daß die Notbetäti­gungsfunktion von dem zweiten Schneckenantrieb 21 mit dem zugeordneten zweiten hülsenförmigen Einsatz 20 erfüllt wer­den kann, während der erste Schneckenantrieb 15 mit dem zu­geordneten ersten hülsenförmigen Einsatz 14 dann zur Hub­begrenzung des Kolbens 3 verwendet werden kann.

[0018] Ferner ist in dem Kolbenantrieb 1 ein Endschalter 30 bei­ spielsweise für die Endlagenkontrolle des Kolbens 3 in seiner ersten oder unteren Stellung integriert. Dieser End­schalter 30 arbeitet berührungslos und wird von einem so­genannten Näherungsinitiator gebildet.
Gegen die Oberseite des hülsenförmigen Ansatzes 14 kommt der Kolben 3 in der unteren Endstellung zur Anlage. Ein Magnet 31, z.B. ein Permanentmagnet, ist am Kolben 3 angebracht.

[0019] Der Endschalter 30, der zweckmäßigerweise von einem Reed-Schalter gebildet wird, arbeitet mit diesem Magneten 31 zusammen und liefert entsprechend der Stellung des Kolbens 3 ein Signal. Um die axiale Verstellbarkeit der beiden End­stellungen des Kolbens 3 vollständig ausnutzen zu können, ist dieser Endschalter 30 ebenfalls im Gehäuse 2 des Kolben­antriebs 1 axial verstellbar vorgesehen. Hierzu enthält das Gehäuse 2 einen Längsschlitz 32 und der Endschalter 30 ist in der jeweils gewünschten axialen Lage mit Hilfe von Klemm­einrichtungen festlegbar.

[0020] Wie aus der Figur der Zeichnung zu erkennen ist, ist das Ge­häuse in axialer Richtung gesehen etwa in der Mitte geteilt und umfaßt zwei Gehäusehälften 2a und 2b. Diese Gehäusehälften 2a und 2b sind im wesentlichen übereinstimmend ausgelegt und sie enthalten ebenfalls in weitgehend übereinstimmender Weise auch die Durchführungseinrichtungen 8, die beiden hülsenförmigen Einsätze 14 und 20 sowie die beiden Schnecken­antriebs 15 und 21. In gestutzter Anordnung zueinander wer­den die beiden Gehäusehälften 2a, 2b miteinander unter Zwischen­lage einer Dichtung 33 fest verbunden. Somit sind die im-­Kolbenantrieb 1 integrierten Einrichtungen insgesamt gesehen etwa spiegelsymmetrisch zu einer etwa senkrecht durch die Kolbenstange 5 gehenden Ebene im Gehäuse 2 angeordnet. Dank dieser Auslegung vereinfacht sich die Herstellung eines sol­chen Kolbenantriebs 1, da weitgehend übereinstimmend ausge­bildete Teile zu dessen Herstellung und Montage verwendet werden können. Ferner sind die axial gegenüberliegenden Enden 6, 7, an denen die Kolbenstange 5 aus dem Gehäuse 2 austreten, frei und können zur Anbringung weiterer Einrichtungen, wie z. B. einer Zentral­befestigung zur Adaption von Ventilkörpern, genutzt werden. Auch kann die Einbaulage des Kolbenantriebs 1 umgekehrt zu dem dargestellten Bei­spiel erwählt werden, da dieser insgesamt gesehen etwa spiegelsymme­trisch ausgelegt ist.

Ansprüche

1. Kolbenantrieb, insbesondere zur Ventilbetätigung o.dgl., mit einem Gehäuse, in dessen Innenraum ein eine Dichtung tragender Kolben zwischen zwei Endstellungen hin­und herbewegbar ist, wobei der Kolben eine Kolbenstange hat, die eine Betätigungseinrichtung entsprechend der Kolbenbe­wegung beaufschlagt, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine erste Endstellung des Kolbens (3) durch einen im Gehäuseinnenraum des Gehäuses (2) beweglich ange­ordneten und in die Bewegungsbahn des Kolbens (3) ragenden ersten hülsenförmigen Einsatz (14) bestimmt ist, der mit­tels eines im Gehäuse (2) angeordneten Schneckenantriebs (15) axial verschiebbar ist.

2. Kolbenantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Bestimmung der zweiten Endstellung des Kolbens (3) ein in die Kolbenbewegungsbahn ragender zweiter hülsen­ förmiger Einsatz (20) beweglich im Gehäuse (2) angeordnet ist, der mittels eines zweiten im Gehäuse (2) angeordneten Schneckenantriebs (21) axial verschiebbar ist.

3. Kolbenantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste hülsenförmige Einsatz (14) mit dem zugeordneten Schneckenantrieb (15) auf der einen Seite des Kolbens (3) und der zweite hülsenförmige Einsatz (20) mit dem zugeordneten Schneckenantrieb (21) auf der anderen Seite des Kolbens (3) angeordnet ist.

4. Kolbenantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schneckenantrieb (15, 21)eine von der Gehäuseaußenseite zugängliche Antriebsspindel (16, 22) und ein mit dieser kämmendes Schneckenrad (17, 23) umfaßt, das über eine Gewindeverbindung (18, 19, 24, 25) mit dem jeweiligen hülsenför­migen Einsatz (14, 20) bewegungsverbunden ist.

5. Kolbenantrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schneckenräder (17, 23) mittels einer Distanz­hülse (27), deren Enden auf den jeweils zugewandt liegenden Stirnseite der jeweiligen Schneckenräder (17, 23) aufliegen, im Gehäuseinnenraum axial im Abstand zueinander gehalten sind.

6. Kolbenantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schneckenantrieb (15) mit dem zugeordneten ersten hülsenförmigen Einsatz (14) eine Not­betätigungseinrichtung für den Kolbenantrieb bildet.

7. Kolbenantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Schneckenantrieb (21) mit dem zugeordneten zweiten hülsenförmigen Einsatz (20) eine Hub­begrenzungseinrichtung für did Hubbewegung des Kolbens (3) bildet.

8. Kolbenantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (2) wenigstens ein berührungs­los arbeitender Endschalter (30) für den Kolben (3) eingebaut ist, der mit einem Magneten (31) im Gehäuse zusammenwirkt, und daß die axiale Lage des Endschalters (30) verstellbar ist.

9. Kolbenantrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur axialen Verstellung des Endschalters (30) im Gehäuse (2) ein Axialschlitz (32) vorgesehen ist, in dem der Endschalter axial verschiebbar und arretierbar ist.

10. Kolbenantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­durch gekennzeichnet, daß der Kolbenantrieb (1) mit seinen Ein­richtungen symmetrisch zu einer quer zur Kolbenstange (5) verlau­fenen Ebene ausgebildet ist, daß das Gehäuse (2) etwa in der Mitte geteilt ist und beide Hälften 2a, 2b im wesentlchen gleich ausge­bildet sind.

Zeichnung