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Die Erfindung betrifft eine Verstellvorrichtung zur
linearen Verstellung eines Betätigungselements, welches
mit einem Gewinde-, insbesondere Kugelgewindetrieb zur Umsetzung
einer Drehbewegung in eine Linearbewegung bewegungsverbunden ist,
wobei von wenigstens einem Motor über eine Getriebeeinheit die
Drehbewegung auf den Gewindetrieb übertragbar ist.
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Eine solche Verstellvorrichtung ist
aus der
DE 200 18 561 bekannt.
Die vorbekannte Verstellvorrichtung dient zur Verstellung eines
Absperrelements als Betätigungselement
in einer Ausbruchsventilanordnung (Blowout Preventer, BOP), wobei
durch das Absperrelement ein Verbindungskanal im BOP verschlossen
wird. Das Absperrelement ist mit einem Kugelgewindetrieb bewegungsverbunden.
Durch diesen Kugelgewindetrieb wird eine von einem Motor erzeugte
Drehbewegung in eine Linearbewegung zur Verstellung des Betätigungselements
umgesetzt. Außerdem
ist zwischen dem Motor und dem Kugelgewindetrieb eine weitere Getriebeeinheit
angeordnet, die bei der
DE 200
18 561 durch ein Schneckengetriebe gebildet ist.
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Diese Verstellvorrichtung und insbesondere durch
die Verwendung des Schneckengetriebes zeichnet sich durch eine Selbsthemmung
aus und ist auch ansonsten gut einsetzbar und zeigt gegenüber anderen
Verstellvorrichtungen ohne Schneckengetriebe erhebliche Vorteile.
Allerdings ist in der Regel der Wirkungsgrad auf weniger als 50%
beschränkt und
auch die Selbsthemmung ergibt sich in der Regel erst ab einem höheren Übersetzungsverhältnis. Außerdem treten
zum Teil bei Schneckengetrieben relativ hohe Axialkräfte auf.
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Im Hinblick auf die Verstellvorrichtung
der
DE 200 18 561 liegt
der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine solche Verstellvorrichtung
dahingehend zu verbessern, dass bei einfacher und kompakter Bauweise
eine Erhöhung
des Wirkungsgrades zur Reduzierung der Verlustleistung möglich ist
und gleichzeitig insbesondere hohe Axialkräfte vermieden werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Durch die Verwendung eines insbesondere selbsthemmenden Stirnradtriebes
als Getriebeeinheit zwischen Motor und Kugelgewindetrieb ergibt
sich einerseits eine sehr kompakte Bauweise. Außerdem wird der Wirkungsgrad
der Getriebeeinheit durch die Ausbildung als Stirnradgetriebe auf über 50%
erhöht.
Durch die entsprechende Anordnung des Stirnradgetriebes treten außerdem nur
noch zumindest reduzierte Axialkräfte auf.
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Bei einem einfachen Ausführungsbeispiel gemäß Erfindung
ist das Stirnradgetriebe schräg
verzahnt.
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Um die Vorteile der Stirnradgetriebe,
wie hoher Wirkungsgrad, geringe Übersetzungen,
einfache Bauweise, parallele Achsen usw. beizubehalten und gleichzeitig
die Selbsthemmung beziehungsweise Selbstbremsung einfach zu realisieren,
ist das Stirnradgetriebe als Doppelschraubgetriebe ausgebildet. Ein
solches Doppelschraubgetriebe weist eine Doppelschrägverzahnung
und ein in etwa schraubenförmiges
Aussehen auf. Je nach Schrägwinkel
des Doppelschraubgetriebes und seiner verschiedenen Schraubräder kann
beispielsweise die Selbstbremsung variiert werden. Dies gilt analog
für die
Selbsthemmung, wobei von Selbstbremsung im Prinzip auf der Antriebsseite
und von Selbsthemmung auf der angetriebenen Seite und bei entsprechender
Drehrichtung gesprochen wird. Gerade für BOPs sind solche selbstbremsenden
und selbst gehemmten Getriebe von Vorteil, da dann auf separaten
Halte-/Bremseinrichtungen verzichtet werden kann.
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Solche Doppelschraubgetriebe zeichnen sich
durch kleine Abmessungen, lange Lebensdauer, hohe Zuverlässigkeit
im Betrieb und stabile Übersetzung
aus. Weiterhin ergibt sich durch die parallele Anordnung der einzelnen
Schraubräder
eine kompakte Bauweise. Die Doppelschraubgetriebe sind gut an unterschiedliche
Einsatzbedingungen anpassfähig
und zeichnen sich weiterhin durch Geräuscharmut aus.
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Es sei darauf hingewiesen, dass die
erfindungsgemäße Verstellvorrichtung
neben Verwendung für
BOP auch für
andere Einrichtungen mit einem insbesondere linear verstellbaren
Betätigungselement
geeignet sind, wie Ventile, Drosseln und dergleichen, wobei mit
dem Betätigungselement
jeweils ein entsprechendes Ventil-, Drossel- oder sonstiges Einsatzteil
verbunden ist, oder das Betätigungselement
mit einem solchen Einsatzteil ausgebildet ist.
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Um in einfacher und sicherer Weise
die Drehbewegung in eine Linearbewegung umsetzen zu können, ist
eine Kugelmutter des Kugelgewindetriebs drehbar, aber axial unverschieblich
in einem Gehäuse
der Verstellvorrichtung gelagert und eine Drehspindel des Kugelgewindetriebs
mit dem Betätigungselement
verbunden. Dadurch wird bei Übertragung
der Drehbewegung von dem entsprechenden Motor die Kugelmutter in
fester Position innerhalb des Gehäuses gedreht und entsprechend
die Drehspindel mehr oder weniger ein- und ausgeschoben. Durch dieses
Ein- und Ausschieben der Drehspindel ergibt sich die lineare Verstellung
der Drehspindel in Axialrichtung, die dann entsprechend auf das
Betätigungselement übertragbar
ist.
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Im einfachsten Fall sind Drehspindel
und stangenförmiges
Betätigungselement
in axialer Richtung hintereinander angeordnet. Dabei können die einander
zuweisenden Enden von Drehspindel und Betätigungselement insbesondere
lösbar
miteinander befestigt sein.
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Ein Doppelschraubgetriebe weist zumindest ein
An- und ein Abtriebsrad beziehungsweise ein erstes und zweites Schraubrad
auf, die miteinander in Eingriff sind. Erfindungsgemäß kann das
Antriebs- oder zweite Schraubrad dem Motor und das Abtriebsoder
erste Schraubrad mit der Kugelmutter verbunden sein. Es besteht
auch die Möglichkeit,
dass die Kugelmutter in einem Bereich ihres Außenumfangs als Abtriebs- oder
erstes Schraubrad ausgebildet ist.
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Es sei angemerkt, dass der Wirkungsgrad
für ein
solches Doppelschraubgetriebe größer als
65% ist und durchaus auch 80% oder gar mehr betragen kann. Außerdem ergibt
sich bei einem Doppelschraubgetriebe eine Linienberührung der
Zahnflanken statt einer Punktberührung
bei einem Schneckengetriebe.
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Um einen Antrieb für die Verstellvorrichtung unabhängig von
aufwendigen Zuführungen
für Druckluft
oder ein anderes Druckmedium zu ermöglichen, kann der Motor ein
Elekt romotor sein. Dadurch besteht die Möglichkeit, die gesamte Verstellvorrichtung
sowie deren Steuerung und Überwachung
zu elektrifizieren. Ein Beispiel für einen solchen Elektromotor
ist ein Servomotor oder ein Asynchronmotor.
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Sollen durch das Betätigungselement
große Kräfte ausgeübt werden
und/oder eine Redundanz beim Antrieb des Betätigungselements erreicht werden,
ist es von Vorteil, wenn zumindest jeweils ein Motor beidseitig
zum Kugelgewindetrieb angeordnet ist und jeder Motor mit einem zweiten
Schraubrad bewegungsverbunden ist, wobei beide zweite Schraubräder mit
dem ersten Schraubrad in Eingriff sind. Auf diese Weise sind im
Wesentlichen zwei Kugelschraubgetriebe parallel und beidseitig zum
Kugelgewindetrieb beziehungsweise zum Betätigungselement angeordnet.
Es besteht natürlich
auch die Möglichkeit,
noch mehr als zwei Doppelschraubgetriebe mit entsprechender Anzahl
von Motoren anzuordnen.
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Es besteht weiterhin die Möglichkeit,
dass die zweiten Schraubräder
nicht mit nur einem ersten Schraubrad in Eingriff sind, sondern
dass auch zwei erste Schraubräder
mit der Kugelmutter verbunden sind. Dadurch ergibt sich allerdings
eine Versetzung der beiden Doppelschraubgetriebe in axialer Richtung
von Kugelmutter beziehungsweise Drehspindel und der Aufbau wird
insgesamt aufwendiger.
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Um den Aufbau der Verstellvorrichtung
weiterhin zu vereinfachen und kompakter zu gestalten, können Antriebswellen
der beidseitigen Motoren parallel zueinander verlaufen. Auch in
diesem Zusammenhang kann der Aufbau sowohl von Antriebswellen als
auch Motoren gleichartig folgen, so dass sich ein sehr symmetrischer
Aufbau der erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung
ergibt.
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Es besteht die Möglichkeit, Elektromotore mit
hoher Leistung zu verwenden, so dass über jede Antriebswelle entsprechend
hohe Kräfte übertragbar sind.
Um allerdings auch kleinere Elektromotore verwenden zu können und
in einfacher Weise eine Redundanz bezüglich der Elektromotore zu
realisieren, können
zumindest zwei Motor auf jeder Antriebswelle angeordnet sein. Diese
sind sowohl gleichzeitig als auch einzeln und dann insbesondere
bei Ausfall des jeweils anderen Motors einsetzbar.
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Elektromotore sind bezüglich ihrer
Drehzahl gut steuerbar, so dass in einfacher Weise Drehzahlen zwischen
beispielsweise 20 und 8000 U/min einstellbar sind. Um eine entsprechende
Untersetzung des Antriebs durch die Motore zu erhalten, kann zwischen
Antriebswelle und zweitem Schraubrad ein Untersetzungsgetriebe,
insbesondere ein sogenannter Harmonic Drive angeordnet sein. Dieser
ist bei entsprechender paarweiser oder mehrfacher Anordnung der
Antriebswellen und zweiten Schraubräder ebenfalls paarweise oder
mehrfach angeordnet.
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Der Harmonic Drive umfasst in der
Regel drei Bauteile. Dies sind ein festes beziehungsweise nicht
rotierendes Bauteil mit Innenverzahnung, eine flexible, im Wesentlichen
becherförmige
Zahnhülse mit
Außenverzahnung
und ein sich in der Zahnhülse drehender,
sogenannter Wellengenerator. Durch den Wellengenerator wird die
flexible Zahnhülse
in zwei gegenüberliegenden
Stellen so weit aufgedehnt, dass deren Außenverzahnung mit der Innenverzahnung
des ringförmigen,
festen Bauteils in Eingriff ist. In der Regel weist die Zahnhülse zwei
Zähne weniger als
das ringförmige
Bauteil auf, so dass bei einer Drehung die Relativbewegung zwischen
Zahnhülse
und ringförmigem
Bauteil zwei Zähne
beträgt.
Erfindungsgemäß besteht
beispielsweise die Möglichkeit, dass
die Antriebswelle mit dieser flexiblen bechertörmigen Zahnhülse des
Harmonic Drive bewegungsverbunden ist.
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Es wurde bereits darauf hingewiesen,
dass die Verzahnung des Doppelschraubgetriebes eine sogenannte Schrägverzahnung
ist und einen bestimmten Schrägwinkel
aufweist. Durch die Schrägstellung
der Zähne
besteht die Möglichkeit,
die übliche
Zähnezahl
entsprechend zu reduzieren. Erfindungsgemäß kann beispielsweise ein Schrägwinkel von
erstem und/oder zweitem Schraubrad im Bereich von 50 bis 85° zum Einsatz
kommen. Bei entsprechend hohem Schrägwinkel kann die Zähnezahl
bis auf einen Zahn reduziert sein.
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Im Gegensatz insbesondere zu dem
Schneckengetriebe, bei dem Selbsthemmung nur für Übersetzungsverhältnisse
bis zu einem bestimmten kleinsten Übersetzungsverhältnis vorliegt,
können bei
dem Doppelschraubgetriebe auch Übersetzungsverhältnis kleiner
als 25 und kleiner als 1 realisiert werden, ohne auf eine Selbsthemmung
beziehungsweise Selbstbremsung verzichten zu müssen.
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Damit die Verstellvorrichtung einfach
handhabbar und in einfacher Weise einsetzbar und anbringbar ist,
kann das Gehäuse
als ein an eine insbesondere im Bereich der Gas- und/oder Ölgewinnung eingesetzte Stellvorrichtung
anflanschbares Modulgehäuse
ausgebildet sein. Dieses Modulgehäuse kann alle Bauteile der
Verstellvorrichtung enthalten. Es besteht ebenfalls die Möglichkeit,
dass das Betätigungselement
Teil der modulartigen Verstellvorrichtung ist und aus dieser in
Richtung der entsprechenden Stellvorrichtung vorsteht.
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Um alle Teile der Verstellvorrichtung
einfach einbauen zu können
und gleichzeitig deren Wartung oder deren Austausch ohne größeren Aufwand
realisieren zu können,
kann das Modulgehäuse
eine erste und eine zweite Gehäusehälfte aufweisen,
wobei in der ersten Gehäusehälfte der
Motor und der Kugelgewindetrieb eingesetzt sind. Die beiden Gehäusehälften sind
vorzugsweise lösbar
miteinander verbindbar. Je nach Einsatzgebiet kann das Modulgehäuse außerdem hochdruckfest,
hochtemperaturtest und dergleichen ausgebildet sein. Es ist sowohl
zur Anbringung von außen
an einer entsprechenden Stellvorrichtung als auch zum Einsetzen
in eine solche Stellvorrichtung gegebenenfalls geeignet.
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Um den Aufbau und die Wartung der
erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung
weiterhin zu vereinfachen, kann innerhalb des Modulgehäuses eine Zwischenabdeckung
zur zumindest einseitigen Lagerung der zweiten Schraubräder angeordnet
sein.
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Zur einfachen Überwachung der Verstellvorrichtung
kann diese einen Positionssensor aufweisen, über den die Position des Betätigungselements erfassbar
ist. Es besteht die Möglichkeit,
an der Zwischenabdeckung einen solchen Positionssensor zur Erfassung
der Position von Drehspindel und/oder Kugelmutter anzuordnen. Über die
Position der Drehspindel beziehungsweise der Kugelmutter ist entsprechend
auch die Position des Betätigungselements
erfassbar.
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Um ohne zusätzliche Bauteile das erste Schraubrad
drehfest mit der Kugelmutter verbinden zu können, kann das erste Schraubrad
an einem von dem Betätigungselement
fortweisenden Ende der Kugelmutter insbesondere lösbar befestigt
sein.
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Als günstig kann es in diesem Zusammenhang
weiterhin betrachtet werden, wenn zwischen Kugelmutter und erstem
Schraubrad ein insbesondere außen
auf die Kugelmutter aufschraubbarer Zwischenring angeordnet ist.
Dadurch muss die Kugelmutter nur zur Befestigung des entsprechenden
Zwischenrings ausgebildet sein, wobei der Zwischenring entsprechend
unterschiedliche Abmessungen zwischen Kugelmutter und erstem Schraubrad
ausgleichen kann. Dadurch besteht die Möglichkeit, sowohl handelsübliche Kugelgewindetriebe
als auch handelsübliche
Doppelschraubgetriebe zu verwenden und entsprechende Unterschiede
durch den Zwischenring auszugleichen.
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Um die Kugelmutter in einfacher Weise
gegen Verschiebungen in axialer Richtung zu sichern und gleichzeitig
deren Drehung zu gewährleisten, kann
die Kugelmutter in axialer Richtung unverschieblich durch Drehlager
und einen gegebenenfalls lösbar
im Gehäuse
befestigten Haltering gehalten sein.
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Eine Drehung des Betätigungselements
relativ zur Verstellvorrichtung kann in unterschiedlicher Weise
verhindert werden. Eine Möglichkeit
besteht darin, dass beispielsweise das Betätigungselement einen entsprechenden
Querschnitt aufweist, wie dreieckig, viereckig oder dergleichen,
der komplementär zu
einer entsprechenden Bohrung im Gehäuse der Verstellvorrichtung
geformt ist. Weiterhin besteht die Möglichkeit, dass Betätigungselement
in der entsprechenden Stellvorrichtung unverdrehbar gelagert ist. Um
auch bei einfacher Form des Betätigungselements
beziehungsweise der Drehspindel eine Verdrehung zu verhindern, können Betätigungselement und/oder
Drehspindel drehfest, insbesondere mittels einer Keilwelle, im Gehäuse gelagert
sein.
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Werden zwei oder mehr Elektromotore
insbesondere zum gleichzeitigen Verschieben des Betätigungselements
eingesetzt, können
diese Elektromotore synchronisiert sein. Die Synchronisierung kann
beispielsweise elektronisch erfolgen, indem ein Elektromotor als
Master und die anderen als Slave eingesetzt werden.
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Neben einer elektronischen Synchronisierung
der Elektromotoren direkt besteht ebenfalls die Möglichkeit,
die Antriebswellen miteinander mechanisch zu synchronisieren. Dies
kann beispielsweise über
eine mechanische Kopplungseinrichtung mit Zahnrädern, Zahnriemen, Kette oder
dergleichen erfolgen. Dabei ist auf jeder der Antriebswellen beispielsweise
ein Zahnrad angeordnet, das mit einem im Vorrichtungsgehäuse gelagerten Zahnrad
in Eingriff ist, welche über
eine Kette oder einen Zahnriemen miteinander gekoppelt sind oder
es kann auch ein Zahnradsatz vorgesehen sein, der die verschiedenen
Antriebswellen mechanisch miteinander synchronisiert. Durch diese
mechanische Synchronisierung oder Kopplung der verschiedenen Antriebswellen
besteht außerdem
die Möglichkeit,
dass nur eine der Antriebswellen durch entsprechende Motoren angetrieben
wird und die Antriebskraft auf die anderen Antriebswellen über die
mechanische Kopplungseinrichtung übertragen wird. Weiterhin kann
in diesem Zusammenhang auf eine selbstbremsende oder selbsthemmende
Getriebeeinheit zwischen Drehspindel und jeder Antriebswelle verzichtet
werden, da auch die Selbstbremsung oder Selbsthemmung über die
mechanische Kopplungseinrichtung übertragbar ist. Das heißt, es reicht
die Anordnung einer selbstbremsenden oder selbsthemmenden Getriebeeinheit zwischen
Spindel und einer Antriebswelle.
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Es sei weiterhin darauf hingewiesen,
dass die erfindungsgemäße Verstellvorrichtung
bei entsprechender Auslegung der mechanischen Kopplungseinrichtung
auch ohne selbsthemmende Getriebeeinheiten zwischen Spindel und
einer der Antriebswellen ausgebildet sein kann. Durch die mechanische
Kopplung aller Antriebswellen miteinander ergibt sich ebenfalls
in gewisser Weise ein Setbstbrems- beziehungsweise Selbsthemmeffekt.
In diesem Fall besteht außerdem
die Möglichkeit,
dass die Spindel der Verstelleinrichtung mit der mechanischen Kopplungseinrichtung
bewegungsverbunden ist, so dass unter vollständigem Verzicht auf weitere
Getriebeeinheiten zwischen Drehspindel und einer der Antriebswellen
eine Drehbewegung auf die Drehspindel über die mechanische Kopplungseinrichtung übertragen
wird. Außerdem
besteht noch die Möglichkeit, dass
eine einfache, nicht selbsthemmende oder selbstbremsende Getriebeeinheit
zwischen nur einer Antriebswelle und der Drehspindel zusätzlich zur
mechanischen Kopplungseinrichtung angeordnet ist. Weitere Kombinationen
dieser entsprechenden Bauteile sind offensichtlich.
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Zum einfachen Aufbau des Doppelschraubgetriebes
können
erstes und zweites Schraubrad 1 bis 10, vorzugsweise 1 bis 7 und
besonders vorzugsweise 1 bis 4 Zähne aufweisen,
wobei Untersetzungsverhältnisse
im Bereich von 1 : 5 bis 1 : 100 der erfindungsgemäße Verstellvorrichtung
in der Regel angestrebt sind.
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Im Folgenden wird ein vorteilhaftes
Ausführungsbeispiel
der Erfindung anhand der in der Zeichnung beigefügten Figur näher erläutert.
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Es zeigt:
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1 einen
Längsschnitt
durch ein Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung.
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In 1 ist
ein Längsschnitt
durch ein Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung 1 dargestellt.
Die Verstellvorrichtung 1 weist ein als Modulgehäuse 17 ausgebildetes
Gehäuse 14 auf,
das in nicht weiter dargestellter Art und Weise an einer nur teilweise
dargestellten Stellvorrichtung 26 anflanschbar oder in
diese zumindest teilweise einsetzbar ist. Das Modulgehäuse 27 weist
eine erste Gehäusehälfte 28 und
eine zweite Gehäusehälfte 29 auf.
Diese können
beispielsweise miteinander lösbar durch
Verschrauben oder dergleichen befestigt sein. Zwischen den beiden
Gehäusehälften 28, 29 ist
eine Zwischenabdeckung 30 angeordnet, die formschlüssig von
den beiden Gehäusehälften 28 und 29 in
ihrem zusammengesetzten Zustand gehalten ist. Die Zwischenabdeckung 30 weist
im Wesentlichen mittig eine Bohrung 51 auf, durch die sich
ein Abtastelement 52 als Teil eines Positionssensors 31 erstreckt. Mittels
des Abtastelements 52 ist eine Verstellung einer Drehspindel 50 eines
Kugelgewindetriebs 3 in axialer Richtung 16 beziehungsweise
in linearer Richtung erfassbar. Die Drehspindel 15 ist
zwischen einer in 1 dargestellten
Ausschubstellung und einer in 1 nach
rechts verschobenen Einzugsstellung mittels der drehbaren, aber
in axialer Richtung fixierten Kugelmutter 13 verstellbar.
An ihrem von der Kugelmutter 13 abgewandten Ende ist die
Drehspindel 15 in einer Einsteckvertiefung 45 eines
Verbindungskopfes 44 eines Betätigungselements 2 eingesteckt.
Betätigungselement 2 und
Drehspindel 15 sind beide in axialer Richtung angeordnet,
wobei an einem in 1 nicht
dargestellten Ende des Betätigungselements 2 ein
entsprechendes Betätigungsorgan
zum Verstellen eines Ventils, zum Verschließen eines Kanals in einem BOP
oder dergleichen angeordnet ist.
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Der Verbindungskopf 44 weist
eine quer zur Axialrichtung verlaufende Querbohrung 46 auf,
in der über
die Einsteckvertiefung 45 eine Spitze der Spindel 15 mit
einer koaxial zur Querbohrung 46 verlaufenden Splintaufnahmebohrung 48 angeordnet
ist. In der Splintaufnahmebohrung 48 ist ein beidseitig über diese überstehender
Splint 47 zur lösbaren
Befestigung von Betätigungselement 2 und
Drehspindel 15 angeordnet.
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Einseitig weist der Verbindungskopf 44 einen Überstand 49 auf,
der zumindest teilweise eine Keilwelle 37 umgibt. Durch
diese ist der Verbindungskopf 44 und damit Betätigungselement 2 sowie
Drehspindel 15 drehfest im Modulgehäuse 27 gehalten.
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Die Kugelmutter 13 weist
ein dem Betätigungselement 2 zuweisendes
Ende 33 und ein diesem abgewandtes Ende 32 auf.
Die Kugelmutter 13 ist im Modulgehäuse 27 drehbar aber
axial unverschieblich durch Drehlager 35 und einen im Modulgehäuse lösbar befestigten
Haltering 36 gehalten. Kugelmutter 13 sowie eine
dieser gegenüberliegende Innenwand
des Modulgehäuses 27 weist
eine Vertiefung auf, in der Drehlager 35, welche als Schrägrollenlager
ausgebildet sind, aufgenommen sind. Die Vertiefung in der Innenwand
des Modulgehäuses wird
einseitig durch den Haltering 36 begrenzt. Dieser ist durch
Schraubbolzen 43 am Modulgehäuse lösbar befestigt.
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Auf dem Ende 32 ist auf
die Kugelmutter 13 ein Zwischenring 34 aufgeschraubt.
Dieser steht in radialer Richtung nach außen über die Kugelmutter über, wobei
in diesem Bereich ein erstes Schraubrad 17 beziehungsweise
ein Abtriebsrad 17 eines als Doppelschraubgetriebes 11, 12 ausgebildeten
Stirnradgetriebes 10 lösbar
befestigt ist. Es sind insgesamt zwei Doppelschraubgetriebe 11, 12 angeordnet,
wobei das erste Schraubrad 17 beiden Doppelschraubgetrieben
zugehört,
welche zusätzlich
jeweils ein zweites Schraubrad 18, 19 aufweisen.
Entsprechende Schrägverzahnungen
der Schraubräder 17, 18, 19 sind
miteinander in Eingriff. Die Schrägverzahnung der verschiedenen
Schraubräder
ist durch Zähne 38 gebildet,
die unter einem Schrägwinkel 25 angeordnet
sind.
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Die zweiten Schraubräder 28, 29 sind
einseitig mittels Drehlagern 41 in Vertiefungen der Zwischenabdeckung 30 drehbar
gelagert. An ihren den Drehlagern 41 gegenüberliegenden
Seiten sind die Schraubräder 28, 29 mit
einem Wellengenerator 40 eines durch einen Harmonic Drive 23 bildenden
Untersetzungsgetriebes 22 drehfest verbunden. Der Wellengenerator 40 drückt zwei
gegenüberliegende Bereiche
einer flexiblen, bechertörmigen
Zahnhülse 24 nach
außen.
Die Zahnhülse 24 weist
eine Außenverzahnung
auf, die mit einer Innenverzahnung eines fixierten Ringelements 39 an
diesen gegenüberlie genden
Bereichen in Eingriff ist. Zahnhülse 24 und Ringelement 39 sind
weitere Teile des Harmonic Drive 23.
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Die Zahnhülse 24 ist mit einer
Antriebswelle 20 drehfest verbunden, wobei auf dieser Antriebswelle 20 zwei
Elektromotore 4, 5 angeordnet sind.
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Analoges gilt für die Antriebswelle 21,
die ebenfalls mit einer entsprechenden Zahnhülse 24 drehfest verbunden
ist sowie zwei Elektromotore 6, 7 aufweist. Der
mit der Antriebswelle 21 verbundene Harmonic Drive 23 ist
analog zu dem anderen Harmonic Drive 23, siehe Antriebswelle 20,
aufgebaut, so dass die gesamte Anordnung beziehungsweise Aufbau
der entsprechenden Antriebsstränge
beidseitig parallel zur Drehspindel 15 symmetrisch ist.
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Die Elektromotore 4, 5,
beziehungsweise 6, 7 sind sowohl gleichzeitig
als auch alternativ zum Antrieb der Antriebswelle 20, 21 und
somit zur Drehung der Kugelmutter 13 über Doppelschraubgetriebe 11, 12 einsetzbar,
wobei die Doppelschraubgetriebe 11, 12 jeweils
durch erstes Schraubrad 17 und zweites Schraubrad 18 beziehungsweise
zweites Schraubrad 19 gebildet sind.
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Die elektrischen Motore 4, 5 und 6, 7 sind
bei gleichzeitigem Einsatz elektronisch synchronisiert.
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Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel
der Erfindung erfolgt eine Synchronisierung der Drehbewegung der
Antriebswelle 20, 21 über eine mechanische Kopplungseinrichtung 53.
Diese weist beispielsweise ein Ritzel 54 auf jeder der
Antriebswellen sowie eine die verschiedenen Ritzel miteinander bewegungsverbindende
Kette 55 auf. Anstelle einer Kette kann auch ein Zahnriemen
oder ein im Gehäuse 14 gelagertes
Zahnrad verwendet werden, das mit allen Ritzeln im Eingriff ist.
Außerdem
kann bei einem weiteren Ausführungsbeispiel
Ritzel und Kette beziehungsweise Zahnriemen durch einen Zahnradsatz ersetzt
werden.
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Es sei noch darauf hingewiesen, dass
durch die mechanische Kopplungseinrichtung 53 eine gewisse
Selbstbremsung beziehungsweise Selbsthemmung der Drehbewegungen
der verschiedenen Drehspindeln 20, 21 gegeben
ist, so dass bei einem noch weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung
auf selbstbremsende oder selbsthemmende Getriebeeinheiten zwischen
Antriebswellen 20, 21 und Drehspindel 15 verzichtet
werden kann. Das heißt,
die Doppelschraubgetriebe 11, 2 können weggelassen oder
durch nur ein Doppelschraubgetriebe ersetzt werden. Weiterhin besteht
die Möglichkeit,
dass nur eine der Antriebswellen 20, 21 durch
entsprechende Elektromotoren angetrieben ist und die Drehbewegung über die
mechanische Kopplungseinrichtung 53 auf alle anderen Antriebswellen übertragbar
ist.
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Es ist selbstverständlich,
dass die vorangehenden Ausführung
auch für
mehr als zwei Antriebswellen gelten.
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Im Folgenden wird kurz die Funktionsweise der
erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung 1 anhand
der Figur beschrieben.
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Bei Betätigung der Motore 4, 5 und 6, 7 werden
entsprechend die Antriebswellen 20 und 21 gedreht.
Eine erste Untersetzung der Drehung erfolgt durch die Harmonic Drives 23 als
Untersetzungsgetriebe 22. Eine weitere Untersetzung erfolgt
anschließend
durch die Doppelschraubgetriebe 11, 12. Dabei kann
ein solches Doppelschraubgetriebe nur wenige Zähne aufweisen, wie beispielsweise
10 oder weniger Zähne
oder im Extremfall nur einen Zahn an einem der Schraubräder.
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Das erste Schraubrad, das beiden
Doppelschraubgetrieben 11, 12 angehört, ist
mit der Kugelmutter 13 verbunden, wobei dessen durch Doppelschraubgetriebe 11, 12 und
Harmonic Drives 23 von den Elektromotoren 4, 5 und 6, 7 übertragene
Drehung in eine axiale Verschiebung beziehungsweise lineare Bewegung
der Drehspindel 15 umgewandelt wird. In 1 ist die Drehspindel 15 in
ihrer maximalen Ausschubstellung dargestellt, bei der das mit der Drehspindel 15 lösbar verbundene
Betätigungselement 2 so
weit wie möglich
nach links in 1 verschoben
ist. Die Verschiebung der Drehspindel 15 ist mittels des
Positionssensors 31 erfassbar, so dass jederzeit auch eine
entsprechende Verschiebung des Betätigungselements 2 bekannt
ist.
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Durch die Verwendung der Doppelschraubgetriebe 11, 12 ergibt
sich eine Selbsthemmung beziehungsweise Selbstbremsung sowie ein
hoher Wirkungsgrad mit geringer Verlustleistung. Die entsprechenden
Zahnflanken der Zähne 38 von
erstem und jeweils zweitem Schraubrad der Doppelschraubgetriebe 11, 12 sind
in Linienberührung.
Durch die parallele Anordnung der entsprechenden Schraubräder treten
im Wesentlichen keine Axialkräfte
auf und es ergibt sich insgesamt eine einfache Bauweise. Weiterhin
ist ein solches Doppelschraubgetriebe relativ geräuscharm,
kompakt im Aufbau und weist eine hohe Lebenserwartung auf.