Hydraulisch oder pneumatisch angetriebener Drehantrieb mit einer hydraulisch vorgespannten Federrückstellvorrichtung

Abstract

 In der Industrie sind hydraulisch oder pneumatisch angetriebene Drehantriebe bekannt, die aus einem Zylinder, einem Kolben und einer Kolbenstange bestehen. Der Kolben ist hierbei über Steilgewinde sowohl mit dem Gehäuse des Zylinders, als auch mit der Kolbenstange formschlüssig verbunden. Beim wechselseitigen Beaufschlagen der Kolbenseiten mit dem hydraulischen oder pneumatischen Druckmedium bewegt sich der Kolben in axialer Richtung des Zylinders und wird durch das Steilgewinde am Außendurchmesser gleichzeitig gedreht. Über das innenliegende Steilgewinde wird die Drehung auf die Kolbenstange übertragen. Durch die Gegenläufigkeit dieser Gewinde wird der Drehwinkel der Kolbenstange vergrößert, die bei der Drehung keine Längsbewegung ausführt.
Beim Einsatz solcher Drehantriebe als Betätigungselement für Ventilklappen in Rohrleitungen wird häufig nur eine Kolbenseite mit Druckmedium beaufschlagt. Die Rückstellung des Kolbens erfolgt durch ein außenliegendes Federpaket. Dies bewirkt, daß beim Abfallen des Druckes im Druckmedium die Ventilklappe automatisch geschlossen wird. Beim Öffnen der Ventilklappe muß das erforderliche Drehmoment und die Vorspannkraft für das Federpaket vom Kolben des Drehantriebes durch Druckbeaufschlagung erzeugt werden.
Nach dem Vorschlag der Erfindung wird das außerhalb des Drehantriebes liegende Federpaket (37) durch einen, mit dem Druckmedium beaufschlagten Zusatzkolben (38) vorgespannt, so daß die Vorspannkraft des Federpaketes (37) nicht vom Kolben (8) des Drehantriebes erzeugt werden muß. Dadurch ist es möglich das verlangte Drehmoment mit einer wesentlich kleineren Drehantriebsgröße zu erreichen. Durch die konstruktive Ausführung entsprechend dem Erfindungsvorschlag kann außerdem der erforderliche Arbeitsdruck zur Erreichung eines bestimmten Drehmomentes gegenüber herkömmlichen Drehantrieben mit Federrückstellung wesentlich vermindert werden.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung richtet sich auf einen hydraulisch oder pneumatisch druckbeaufschlagbaren Drehantrieb, der in der Industrie zum Schwenken von Ventilklappen, Vorrichtungen usw. eingesetzt wird, wobei an der Kolbenstange ein Drehmoment und ein Schwenkwinkel verlangt wird.

[0002] Die Hauptbauelemente solcher Drehantriebe sind die Kolbenstange, der Kolben und das Zylinderrohr. Beiderseits des Kolbens befinden sich Zylinderräume, die gegeneinander und nach außen abgedichtet sind. Bei wechselseitiger Beaufschlagung der Zylinderräume mit Druckmedium wird der Kolben in der Längsachse des Zylinders verfahren. Der Kolben hat auf seinem Außendurchmesser und auf seinem Innendurchmesser gegenläufig angebrachte Steilgewinde, die innen mit der Kolbenstange und außen über einen Zwischenring mit dem Zylinderrohr formschlüssig verbunden sind.

[0003] Beim Bewegen des Kolbens in der Längsachse des Zylinders wird dieser durch das äußere Steilgewinde in Drehung versetzt und überträgt diese Drehung durch das innere Steilgewinde auf die Kolbenstange. Durch die gegenläufige Anordnung der beiden Steilgewinde wird der Drehwinkel der Kolbenstange vergrößert. Beim Einsatz solcher Drehantriebe als Betätigungselement für Ventilklappen in Rohrleitungen wird ein außerhalb des Zylinders liegendes Federpaket vorgesehen. Das Öffnen der Ventilklappe erfolgt dann durch Beaufschlagung nur eines Zylinderraumes mit dem Druckmedium. Hierbei wird über das fest mit dem Kolben verbundene Rohr die Bewegung des Kolbens auf das Federpaket übertragen und spannt dieses vor. Der Kolben muß hierbei durch Beaufschlagung mit dem Druckmedium die Kraft zur Erzeugung des gewünschten Drehmomentes und die Kraft zur Spannung des Federpaketes aufbringen. Dieses führt zwangsläufig zu einer wesentlichen Vergrößerung des Drehantriebes.

[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen Drehantrieb zu schaffen, der auch bei Anbringung eines Federpaketes zur mechanischen Rückstellung des Kolbens die vom gewünschten Drehmoment bestimmte Baugröße beibehält.

[0005] Dieses wird nach dem Vorschlag der Erfindung dadurch erreicht, daß das Federpaket durch einen ebenfalls vom Druckmedium beaufschlagten Zusatzkolben vorgespannt wird. Beim Ab-oder Ausfall des Druckes im Druckmedium wird die gespeicherte Kraft des Federpaketes über den Ansatz des Zusatzkolbens und ein zwischengeschaltetes Wälzlager auf den Hilfskolben übertragen, der über das Rohr mit dem Kolben des Drehantriebes verbunden ist, und diesen in die Position bewegt, die dem geschlossenen Zustand der Ventilklappe entspricht.

[0006] Die Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1

zeigt eine Ventilklappe mit angbautem Drehantrieb.

Fig. 2

zeigt einen vertikalen Schnitt durch einen Drehantrieb entsprechend dem Stand der Technik.

Fig. 3

zeigt einen Drehantrieb mit Federrückstellung entsprechend dem Stand der Technik

Fig. 4

zeigt einen vertikalen Schnitt durch einen Drehantrieb mit Federrückstellung entsprechend dem Vorschlag der Erfindung.

[0007] In Fig. 1 ist der Drehantrieb mit 1 bezeichnet. Dieser ist durch Schrauben 2 mit der Ventilklappe 3 verbunden. Hierbei ist der Schaft 4 der Ventilklappe durch z.B. Paßfedern mit der Kolbenstange des Drehantriebes formschlüssig verbunden. Die Drehbewegung der Kolbenstange wird somit auf die Ventilklappe übertragen und bringt diese in eine Offen- oder Schließposition. Das Druckmedium wird von einer nicht dargestellten Druckerzeugungsanlage dem Drehantrieb wechselseitig über die Anschlüsse 5 und 6 zugeführt.

[0008] In Fig. 2 sind die Anschlüsse 5 und 6 im Schnitt des Gehäuses 12 dargestellt. Über den Anschluß 5 wird dem Kolbenraum 7 des Kolbens 8 Druckmedium zugeführt. Hierbei ist der Kolbenraum 9 über eine nicht dargestellte Steuerung mit dem Tank verbunden.

[0009] Die Kolbenräume 7 und 9 sind gegeneinander durch die Dichtungen 22 und 23, sowie nach außen durch die Dichtungen 24, 25, 26 und 27 abgedichtet.

[0010] Der Kolben 8 bewegt sich in Richtung des Gehäusedeckels 10. Durch das Wechseln der Druckmediumszufuhr auf den Anschluß 6 und das Verbinden des Anschlusses 5 mit dem Tank durch die Steuerung wird die Kolbenbewegung umgekehrt.

[0011] Bei der axialen Bewegung des Kolbens 8 wird dieser durch das äußere Steilgewinde 11, welches formschlüssig mit dem Gehäuse 12 über den Zwischenring 13 verbunden ist, um die Mittelachse 14 des Drehantriebes gedreht. Diese Drehung wird durch Formschluß des inneren Steilgewindes 15 auf die Kolbenstange 16 übertragen.

[0012] Die Kolbenstange 16 ist durch geteilte Einlegeringe 17 und 18 unter Zwischenschaltung von Wälzlagern 19 und 19a axial festgelegt und führt bei axialer Verschiebung des Kolben 8 eine reine Drehbewegung aus, wobei
entsprechend dem hydraulischen Druck des Druckmediums ein Drehmoment bestimmter Größe erzeugt wird. Dieses Drehmoment kann durch z.B. Paßfedern auf den Antriebsschaft verschiedenster Aggregate übertragen werden.

[0013] Die Kolbenstange 16 ist durch den Gehäuseboden 10 hindurchgeführt und ist an ihrem äußeren Ende z.B. mit einem Vierkant 16a versehen.

[0014] Durch Drehen des Vierkantes von Hand unter Verwendung eines Hebels kann die Kolbenstange 16 im Notfall gedreht werden. Außerdem dient der Vierkant durch eine Markierung zur Stellungsanzeige der Kolbenstange.

[0015] Fig. 3 zeigt einen Drehantrieb mit Federrückstellung des Kolbens.

[0016] Hierbei wird nur der Kolbenraum 9 mit dem Druckmedium beaufschlagt. Die axiale Verschiebung des Kolbens 8 wird über ein, mit diesem fest verbundenes Rohr 20 auf das Federpaket 21 übertragen und spannt dieses vor. Geht der Druck im Kolbenraum 9 verloren, so bewegt die gespeicherte Kraft des Federpaketes 21 den Kolben 8 in seine Ausgangslage unter Drehung der Kolbenstange16 zurück.

[0017] Fig. 4 zeigt einen Drehantrieb mit Federrückstellung entsprechend dem Erfindungsvorschlag. Hierbei ist das Rohr 20 an der vom Kolben 8 abgewandten Seite mit dem Hilfskolben 28, der mit Dichtungen 29 und 30 versehen ist, über ein Gewinde verbunden. Auf dem Rohr 20 ist die Rohrhülse 35 durch den Sicherungsring 36 festgelegt und übernimmt die Führung des Federpaketes 37. Auf dem Federpaket 37 stützt sich der Zusatzkolben 38 ab, der über seinen Ansatz 39 und das zwischengelegte Wälzlager 40 mit dem Hilfskolben 28 Kontakt hat. Der Zusatzkolben 38 ist mit der Dichtung 41 versehen und ist im Federzylinderrohr 31 gegen die Kraft des Federpaketes 37 längsverschiebbar. Der Verschiebeweg wird durch die Schulter 42 im Federzylinderrohr 31 begrenzt.

[0018] Das Federzylinderrohr 31 ist über den Gehäusedeckel 32 mit den Dichtungen 33 und 34 nach außen hin abgedichtet.

[0019] Bei gleichzeitiger Druckmediumszufuhr durch die Anschlüsse 6, 43,43a spannt der Zusatzkolben 38 das Federpaket 37 vor, ohne daß eine Spannkraft vom Kolben 8 erforderlich ist. Der Hilfskolben 28 unterstützt durch die Druckbeaufschlagung seiner Fläche 44 über das Rohr 20 die Arbeitskraft des Kolben 8.

[0020] Sinkt der Druck im Druckmedium an den Anschlüssen 6, 43, 43a, so wird der Zusatzkolben 38 durch die gespeicherte Kraft des Federpaketes 37 in seine Ausgangsposition verschoben. Hierbei wird die Kraft des Federpaketes 37 über den Ansatz 39 auf das Wälzlager 40 und über den Hilfskolben 28 und das Rohr 20 auf den Kolben 8 übertragen.

[0021] Das Federzylinderrohr 31 ist mit demGehäusedeckel 32 über das Gewinde 44 lösbar verbunden.

Ansprüche

1. Hydraulisch oder pneumatisch angetriebener Drehantrieb, bei dem der Kolben über ein an seinem Außendurchmesser angebrachtes Steilgewinde und einen im Zylindergehäuse festgelegten Zwischenring mit dem Zylindergehäuse, und durch ein innenliegendes Steilgewinde mit der Kolbenstange formschlüssig verbunden ist, und die Kolbenstange ringförmige Ansätze aufweist, die über zwischengelegte Wälzlager die Festlegung der Kolbenstange in Zylinderlängsrichtung sicherstellen, wobei die Bewegung des Kolbens in einer Richtung durch die Zuführung von Druckmedium, und in der anderen Richtung durch ein außenliegendes Federpaket bewirkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Federpaket 37 bei gleichzeitiger Beaufschlagung von Kolben 8 und Zusatzkolben 38 mit Druckmedium durch den Zusatzkolben vorgespannt wird.

2. Drehantrieb nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben 8 mit einem Rohr 20 festverbunden ist, das an der vom Kolben abgewandten Seite einen Hilfskolben 28 aufweist, der im Zusatzkolben 38 gleitend geführt ist.

3. Drehantrieb nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Zusatzkolben 38 und Hilfskolben 28 ein Wälzlager 40 vorgesehen ist.

4. Drehantrieb nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzkolben 38 einen Ansatz 39 aufweist, der bei Druckabfall im Druckmedium die Vorspannkraft des Federpaketes 37 über das zwischengeschaltete Wälzlager 40, den Hilfskolben28 und das Rohr 20 auf den Kolben 8 überträgt.

5. Drehantrieb nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Rohr 20 eine Rohrhülse 35 in Längsrichtung unverschieblich befestigt ist.

6. Drehantrieb nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrhülse 35 die Führung des Federpaketes 37 übernimmt.

7. Drehantrieb nach den Ansprüchen 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, daß im Federzylinderrohr 31 der Innendurchmesser im Bereich des Zusatzkolbens 38 einschließlich seines Hubes vergrößert ist, so daß der Hub des Zusatzkolbens 38 durch die Schulter 42 im Federzylinderrohr 31 begrenzt wird.

8. Drehantrieb nach Anspruch 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, daß das Federzylinderrohr 31 mit dem Gehäusedeckel 10 des Drehantriebes durch ein Gewinde 44 verbunden ist.

9. Drehantrieb nach den Ansprüchen 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange 16, die durch den Kolben 8, das Rohr 20 und den Gehäusedeckel 32 hindurchreicht, an ihrem Ende 16a so bearbeitet ist, daß sie als Notbetätigung und Stellungsanzeiger benutzt werden kann.

Zeichnung