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Die
Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung zur Verstellung eines
Betätigungselements
einer Drossel, eines Ventils, einer Verbindungseinrichtung (Colled
Connector) einer Zudosiereinrichtung oder dergleichen insbesondere
bei der Erdöl-
oder Erdgasgewinnung mit wenigstens einem mit dem Betätigungselement
bewegungsverbundenen Gewindetrieb und einer zwischen diesem und
zumindest einem Motor angeordneten Getriebeeinheit.
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Eine
solche Antriebsvorrichtung ist aus der
DE 200 18 561 bekannt. Die vorbekannte
Vorrichtung dient zur Verstellung eines Absperrelements als Betätigungselement
in einer Ausbruchsventilanordnung (blow out preventor, BOP), wobei
durch das Absperrelement ein Verbindungskanal im BOP verschließbar ist.
Das Absperrelement ist mit dem Gewindetrieb bewegungsverbunden.
Durch diesen Gewindetrieb wird eine von dem Motor erzeugte Drehbewegung
in eine Linearbewegung zur Verstellung des Betätigungselements umgesetzt.
Außerdem
ist zwischen dem Motor und dem Gewindetrieb ein Schneckengetriebe
als weitere Getriebeeinheit angeordnet.
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Diese
Antriebsvorrichtung und insbesondere durch die Verwendung des Schneckengetriebes zeichnet
sich durch eine Selbsthemmung aus und ist auch ansonsten gut für die Verstellung
verschiedenster Betätigungselemente
einsetzbar. Eine solche Antriebsvorrichtung zeigt gegenüber anderen
Vorrichtungen 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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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsvorrichtung der
Eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass bei einfachem
und kompaktem Aufbau eine Erhöhung
des Wirkungsgrades zur Reduzierung der Verlustleistung möglich ist, gleichzeitig
insbesondere hohe Axialkräfte
vermieden werden und nur eine geringe Anzahl von Bauteilen notwendig
ist.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Durch
die Verwendung eines insbesondere selbsthemmenden Stirnradgetriebes
als Teil der Getriebeeinheit ergibt sich einerseits eine sehr kompakte
Bauweise. Andererseits wird der Wirkungsgrad durch ein solches Stirnradgetriebe
auf über
50% erhöht.
Durch die entsprechende Anordnung des Stirnradgetriebes treten außerdem nur
noch zumindest reduzierte Axialkräfte auf.
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Das
Stirnradgetriebe ist dabei dem Motor zugeordnet und entsprechend
mit diesem bewegungsverbunden, wobei die Getriebeeinheit weiterhin
ein Untersetzungsgetriebe aufweist, das dem Gewindetrieb zugeordnet
und mit diesem bewegungsverbunden ist. Ein solches Untersetzungsgetriebe
ist insbesondere ein sogenannter Harmonic Drive. Durch dieses weitere
Untersetzungsgetriebe lässt
sich die Drehzahl des Motors in einfacher Weise soweit reduzieren,
dass auch nur äußerst geringe
Verstellungen des entsprechenden Betätigungselements möglich und
genau steuerbar sind. Durch die Anordnung von Gewindetrieb, Untersetzungsgetriebe,
Stirnradgetriebe und Motor ergibt sich außerdem eine kurze, kompakte
Bauweise mit geringem Platzbedarf.
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Um
einen Gewindetrieb zu erhalten, der sich durch eine hohe Belastbarkeit
und hohe Lebensdauer bei gleichzeitig sehr guten mechanischen Eigenschaften
auszeichnet, kann ein solcher Gewindetrieb ein Rollen- oder Kugelgewindetrieb
mit Spindelmutter und Gewindespindel sein. Insbesondere ein entsprechender
Rollengewindetrieb kann bei Einsatz zur Erdöl- oder Erdgasgewinnung an
unzugänglichen Stellen
als vorteilhaft betrachtet werden, da dieser im Wesentlichen wartungsfrei
arbeitet.
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Je
nach Betätigungselement
ist dessen Verstellung durch unterschiedliche Teile des Gewindetriebs
von Vorteil. Beispielsweise kann die Spindelmutter drehbar, aber
axial unverschieblich im Vorrichtungsgehäuse gelagert sein. Dadurch
wird die Gewindespindel entsprechend in axialer oder linearer Richtung
bei Drehung der Spindelmutter bewegt und kann auf diese Weise durch
entsprechende Verbindung zum Betätigungselement
dieses ebenfalls linear bewegen. Es ist ebenso möglich, dass die Spindelmutter
drehfest, aber axial verschieblich im Vorrichtungsgehäuse gelagert
ist. Dabei kann die Gewindespindel sich drehen, aber axial unverschieblich
angeordnet sein. Durch ent sprechende Kopplung von Spindelmutter
und Betätigungselement
wird dann die Bewegung der Spindelmutter auf das Betätigungselement übertragen.
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Eine
einfache Zuordnung von Gewindetrieb und Untersetzungsgetriebe kann
darin gesehen werden, wenn Spindelmutter oder Gewindespindel mit dem
Untersetzungsgetriebe drehfest verbunden sind. Entsprechend wird
die Drehung des Untersetzungsgetriebes auf dessen Ausgangsseite
auf Spindelmutter oder Gewindespindel übertragen. Dies kann auch durch
im Wesentlichen direkte Verbindung zur Spindelmutter oder zur Gewindespindel
von Seiten des Untersetzungsgetriebes her erfolgen.
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Ist
das Untersetzungsgetriebe ein sogenannter Harmonic Drive, weist
dieses in der Regel drei Bauteile auf. Erstes Bauteil ist eine flexible,
becherförmige
Zahnhülse.
Das zweite Bauteil ist ein fixiertes Ringelement und das dritte
Bauteil ein Wellengenerator. Die Zahnhülse ist mittels ihrer Außenverzahnung in
Teileingriff mit einer entsprechenden Innenverzahnung des Ringelements.
Der Wellengenerator ist innerhalb der Zahnhülse angeordnet und durch dessen Drehung
wird die flexible Zahnhülse
an zwei gegenüberliegenden
Stellen soweit aufgedehnt, dass der Eingriff ihrer Außenverzahnung
mit der Innenverzahnung des Ringelements erfolgt. In der Regel weist
die Zahnhülse
zwei Zähne
weniger auf als das Ringelement, so dass bei Drehung die Relativbewegung
zwischen Zahnhülse
und Ringelement zwei Zähne
beträgt.
Ein solcher Harmonic Drive ist äußerst belastungsfähig und
wartungsarm.
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Die Übertragung
der Drehbewegung vom Harmonic Drive zum Gewindetrieb kann beispielsweise
dadurch erfolgen, dass die Zahnhülse
mit der Spindelmutter oder der Gewindespindel drehfest verbunden
ist.
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Es
besteht die Möglichkeit,
Zahnhülse
und entsprechendes Teil des Gewindetriebs direkt miteinander zu
verbinden. Um allerdings die Antriebsvorrichtung variabler zu gestalten
und gegebenenfalls modulartig aufzubauen, kann zwischen Zahnhülse und
Gewindetrieb eine drehbar gelagerte, aber axial unverschiebliche
Verbindungshülse
angeordnet sein. Diese kann dann einerseits zur Verbindung mit der Spindelmutter
oder mit der Gewindespindel und andererseits mit der Zahnhülse dienen.
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Um
eine sichere Verbindung zwischen Gewindespindel und Zahnhülse bzw.
Verbindungshülse zu
erreichen, kann die Gewindespindel mit einem Antriebsende in eine
Haltebohrung der Verbindungshülse
drehfest eingesteckt sein. Es sind verschiedene Möglichkeiten
denkbar, um das Antriebsende in der Haltebohrung zu fixieren. Eine
Möglichkeit,
die gleichzeitig die Übertragung
großer
Kräfte
zulässt,
ist die Ausbildung einer Keilverzahnung zwischen Gewindespindel
und Innenseite der Haltebohrung.
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Bei
einem einfachen Ausführungsbeispiel kann
das Stirnradgetriebe schräg
verzahnt sein.
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Um
die Vorteile des Stirnradgetriebes, wie hoher Wirkungsgrad, geringe Übersetzung,
einfache Bauweise, parallele Achsen usw. beizubehalten und gleichzeitig
die Selbsthemmung bzw. Selbsbremsung 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
die Selbstbremsung variiert werden. Dies gilt analog für die Selbstbremsung,
wobei von Selbstbremsung im Prinzip auf der Antriebsseite und von Selbsthemmung
auf der angetriebenen Seite und bei entsprechender Drehrichtung
gesprochen wird. Gerade für
Einrichtungen bei der Erdöl-
und Erdgasgewinnung sind solche selbstbremsenden und selbstgehemmten
Getriebe von Vorteil, da dann auf separate Halte/Bremseinrichtungen
verzichtet werden kann.
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Solche
schrägverzahnten
Stirnradgetriebe oder auch 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 Getriebe sind gut an unterschiedliche
Einsatzbedingungen anpassungsfähig und
zeichnen sich weiterhin durch Geräuscharmut aus.
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Ein
entsprechendes Stirnradgetriebe weist zumindest zwei Schraubenräder auf.
Erfindungsgemäß kann das
Untersetzungsgetriebe und insbesondere dessen Wellengenerator mit
einem ersten Schraubrad und der Motor mit einem zweiten Schraubrad
des Stirnradgetriebes bewegungsverbunden sein. Es sei nochmals darauf
hingewiesen, dass der Wirkungsgrad für solche Stirnradgetriebe und
insbesondere Doppelschraubgetriebe größer als 65% ist und durchaus
auch 80% oder gar mehr betragen kann. Außerdem ergibt sich bei solchen
Getrieben eine Linienberührung
der Zahnflanken statt einer Punktberührung bei einem Schneckengetriebe.
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Um
die Antriebsleistung des Motors auf kürzestem und einfachem Weg in
das Stirnradgetriebe einzuleiten, kann das zweite Schraubrad auf
einer Antriebswelle des Motors angeordnet sein.
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Um
die Antriebsvorrichtung redundant aufzubauen oder auch für höhere Leistungen
auszulegen, können
zwei oder mehr Motore der Antriebswelle zugeordnet sein. Dabei besteht
die Möglichkeit,
dass in der Regel das Betätigungselement
durch Betrieb nur eines Motors verstellbar ist, so dass der weitere
oder die weiteren Motore nur bei Ausfall des einen Motors eingesetzt
werden. Ebenso besteht die Möglichkeit, durch
Verwendung relativ kleiner Motore durch deren Vielzahl eine entsprechende
Antriebsleistung zu erreichen.
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Es
besteht weiterhin die Möglichkeit,
dass zwei oder mehr Antriebswellen mit jeweils wenigstens einen
Motor im Wesentlichen parallel zur Gewindespindel im Vorrichtungsgehäuse gelagert
sind. Auch dies dient der Redundanz oder der Erhöhung der Leistung der Antriebsvorrichtung.
Selbstverständlich
sind dabei auch zwei oder mehr Motore an jeder der Antriebswellen
möglich.
Werden Motore verschiedener Antriebswellen gleichzeitig eingesetzt, so
sind diese synchronisiert, wobei die Synchronisierung sowohl elektronisch
als auch mechanisch beispielsweise direkt zwischen den Antriebswellen
erfolgen kann. Vorzugsweise können
zwei Antriebswellen diametral gegenüberliegend im Vorrichungsgehäuse angeordnet
sein. Es sind allerdings ebenso Anordnungen möglich, bei denen die Antriebswellen
um irgendeinen Winkel in Umfangsrichtung des Vorrichtungsgehäuses zueinander
versetzt angeordnet sind. Beispiele für solche Winkel sind 45°, 90°, 270° und auch
andere Zwischenwerte zwischen 0° und
360°. Dies
gilt analog für
die Anordnung von mehr als zwei Antriebswellen.
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Um
jede der Antriebswellen direkt mit dem Stirnradgetriebe zu verbinden,
kann an jeder Antriebswelle ein zweites Schraubrad angeordnet sein, welches
mit dem ersten Schraubrad des Stirnradgetriebes in Eingriff ist.
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Um
eine Antriebsvorrichtung unabhängig von
aufwendigen Zuführungen
für Druckluft
oder ein anderes Druckmedium zu gestalten, kann der Motor ein Elektromotor
sein. Dadurch besteht die Möglichkeit,
die gesamte Antriebsvorrichtung sowie deren Steuerung und Überwachung
zu elektrifizieren. Ein Beispiel für einen solchen Elektromotor
ist ein Servomotor oder ein Asynchronmotor.
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Hinsichtlich
des Stirnradgetriebes besteht natürlich ebenso die Möglichkeit,
dass die verschiedenen zweiten Schraubräder mit jeweils unterschiedlichen
ersten Schraubrädern
in Eingriff sind, wobei diese ersten Schraubräder beispielsweise alle entsprechend
mit dem Gewindetrieb verbunden sein können. Es wurde bereits darauf
hingewiesen, dass die Verzahnung des Stirnradgetriebes eine sogenannte
Schrägverzahnung
sein kann und einen bestimmten Schrägwinkel aufweist. Durch die
Schrägstellung
der Zähne
besteht die Möglichkeit,
die übliche
Zähnezahl
erheblich zu reduzieren. Erfindungsgemäß kann beispielsweise ein Schrägwinkel
von erstem und/oder zweitem Schraubrad im Bereich von 50 bis etwa
90° und
insbesondere im Bereich von 65° bis
85° liegen.
Bei entsprechend hohem Schrägwinkel
kann die Zähnezahl
bis auf einen Zahn reduziert sein.
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Im
Gegensatz insbesondere zu einem Schneckengetriebe, bei dem Selbsthemmung
nur für Übersetzungsverhältnisse
bis zu einem bestimmten kleinsten Übersetzungsverhältnis vorliegt,
können bei
einem Stirnradgetriebe auch Übersetzungsverhältnisse
kleiner als 25 und kleiner als 1 realisiert werden, ohne auf eine
Selbsthemmung bzw. Selbstbremsung verzichten zu müssen. Zum
einfachen Aufbau des Stirnradgetriebes können erstes und zweites Schraubrad
1 bis 10, vorzugsweise 1 bis 7 und besonders bevorzugt 1 bis 4 Zähne aufweisen, wobei
Untersetzungsverhältnis
im Bereich 1 bis 5 bis 1 zu 100 der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung
in der Regel angestrebt sind.
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Um
den modulartigen Aufbau der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung weiter
voranzutreiben und gleichzeitig einfach bestimmte Teile ein- und
ausbauen zu können,
kann die Verbindungshülse
an ihrem vom Gewindetrieb fortweisendem Ende mit der Zahnhülse lösbar verbunden
sein.
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Wenn
die Spindelmutter der axial verstellbare Teil des Gewindetriebs
ist, besteht einerseits die Möglichkeit,
das Betätigungselement
direkt mit der Gewindemutter zu koppeln, so dass auch das Betätigungselement
linear verstellbar ist. Eine weitere Möglichkeit ist, zwischen Betätigungselement
und Spindelmutter ein weiteres Getriebe vorzusehen, das die lineare
Bewegung der Gewindemutter in eine Drehbewegung umwandelt. Dies
kann beispielsweise dadurch in einfacher Weise erfolgen, dass wenigstens
ein Eingriffselement von der Gewindespindel oder der Spindelmutter
im Wesentlichen radial nach außen
absteht und in Schlitze einer Festhülse und einer Drehhülse eingreift,
wobei sich ein erster Schlitz im Wesentlichen in Axialrichtung und
ein zweiter Schlitz unter einem spitzen Winkel zum ersten Schlitz erstreckt.
Ist beispielsweise der erste Schlitz in der Festhülse, dreht
sich die Drehhülse
bei Verstellung des entsprechenden Teils des Gewindetriebs in axialer
Richtung durch den entsprechenden Eingriff des Eingriffselements
in beide Schlitze. Dabei wird durch die Neigung des entsprechenden
zweiten Schlitzes in der Drehhülse
die Umsetzung der linearen Bewegung in die Drehbewegung bestimmt.
Dabei ist es beispielsweise möglich,
dass sich die entsprechende Ausrichtung der Schlitze ändert, so
dass in einem ersten Schlitzabschnitt nur eine geringfügige Drehung
der Drehhülse
relativ zur Festhülse
stattfindet. Dadurch ist eine äußerst feine
Verdrehung des Betätigungselements
möglich,
wie es beispielsweise für Drosseln
und die entsprechenden Drosselelemente von Vorteil ist. Nachdem
die Drossel dann teilweise geöffnet
ist, kann der Winkel zwischen den beiden Schlitzen schnell ansteigen,
so dass sich die Drossel dann sehr schnell vollständig öffnet. Weitere
Möglichkeiten
des Verlaufs der beiden Schlitze relativ zueinander sind offensichtlich.
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Wie
vorangehend bereits ausgeführt,
kann es dabei günstig
sein, wenn das Betätigungselement zusammen
mit der Drehhülse
drehbar ist.
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Es
bestehen verschiedene Möglichkeiten, die
Verstellung des Betätigungselements
zu überwachen
und die überwachte
Verstellung zur Steuerung der Antriebsvorrichtung und damit des
Betätigungselements
zu verwenden. Bei einem Ausführungsbeispiel
kann ein Positionssensor dem axial beweglichen Teil des Gewindetriebs
zugeordnet sein. Es ist selbstverständlich, dass auch eine Zuordnung
von Positionssensor und drehendem Teil des Gewindetriebs möglich ist.
Außerdem
kann ein entsprechender Positionssensor auch einem anderen Teil
der Antriebsvorrichtung zugeordnet sein, aus dessen Bewegung die
Verstellung des Betätigungselements
bestimmen lässt.
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Um
einen entsprechenden Positionssensor ungestört von den übrigen Teilen der Antriebsvorrichtung
im Vorrichtungsgehäuse
unterbringen zu können,
kann der Positionssensor einen radial zur Gewindespindel nach außen versetzten
und parallel zu dieser angeordneten, im Wesentlichen flachen Codierungsträger aufweisen.
Der Codierungsträger
wird entsprechend zur Bewegung von Gewindespindel oder Spindelmutter
in axialer Richtung mitbewegt, so dass direkt diese Axialbewegung
erfasst und daraus die entsprechenden Rückschlüsse auf die Verstellung des
Betätigungselements
möglich
sind.
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Bei
einem einfachen Ausführungsbeispiel kann
ein Mitnehmer zwischen dem axial beweglichen Teil des Gewindetriebs,
insbesondere dem Eingriffselement, und dem Codierungsträger angeordnet
sein. Wie vorangehend erläutert,
dient das Eingriffselement zum Eingriff in das Schlitzepaar, so
dass sich bei entsprechender Mitbewegung des Codierungsträgers Rückschlüsse auf
die Drehung der Drehhülse und
damit auf die Verstellung des Betätigungselements möglich sind.
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An
dieser Stelle sei noch angemerkt, dass ein solcher Codierungsträger des
Positionssensors ein entsprechendes positionsspezifisches Muster aufweisen
kann, das sich bei Bewegung des Codierungsträgers an einer entsprechenden
Abtasteinrichtung des Positionssensors vorbeibewegt. Durch diese
Vorbeibewegung des Musters sind genaue Rückschlüsse auf die Verstellung des
Codierungsträgers und
damit auf die Bewegung des entsprechenden Teils des Gewindetriebs
bzw. des Betätigungselements
möglich.
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Zur
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Antriebsvorrichtung und zur
Erhöhung
deren Variabilität,
kann eine Distanzhülse
in einer Motorbohrung des Vorrichtungsgehäuses auf einer dem zweiten Schraubrad
abgewandten Seite des wenigstens einen Motors angeordnet sein. Diese
Distanzhülse kann
gegebenenfalls entfernt werden, um einen zweiten, einen dritten
oder mehr Motore in der entsprechenden Motorbohrung unterzubringen.
Weiterhin kann die Distanzhülse
gleichzeitig als weiteres Lager für die Antriebswelle dienen.
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Um
gegebenenfalls die Antriebsvorrichtung in einfacher Weise an unterschiedliche
Gegebenheiten und möglicherweise
auch an unterschiedliche Betätigungselemente
anzu passen sowie hinsichtlich der Motorisierung zu variieren, kann
das Vorrichtungsgehäuse
modulartig aufgebaut sein. Dadurch besteht die Möglichkeit, dass in einem Teil
des Vorrichtungsgehäuses
beispielsweise Getriebeeinheit, Gewindetrieb und Motore untergebracht
sind, während
in einem anderen Teil das Betätigungselement angeordnet
ist. Es ist ebenso als günstig
denkbar, dass nur Verbindungshülse,
Getriebeeinheit und Motore in einem Gehäuseteil angeordnet sind, während in
einem anderen Gehäuseteil
der Gewindetrieb und in einem noch weiteren Gehäuseteil das Betätigungselement
angeordnet sind. Es ist selbstverständlich, dass jedes der Gehäuseteile
eine entsprechende Öffnung
zur Verbindung der in jedem der Gehäuseteile angeordneten insbesondere
beweglichen Einrichtungen aufweist.
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Außerdem kann
das Vorrichtungsgehäuse noch
auf seiner Außenseite
mit verschiedenen, schräg
verlaufenden Flächen
versehen sein, die ein einfaches Einsetzen der Gesamtantriebsvorrichtung in
beispielsweise einen sogenannten Tree auf dem Meeresboden ferngesteuert
erlauben.
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Weiterhin
ergibt sich durch den modulartigen Aufbau des Vorrichtungsgehäuses ein
einfaches Auseinandernehmen, um beispielsweise Teile zu ersetzen
oder zu warten.
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Um
bei dem seitlich parallel versetzten Codierungsträger diesen
in einfacher Weise innerhalb des Vorrichtungsgehäuses zu führen, kann der Codierungsträger in einer
Führungshülse in axialer Richtung
geführt
sein.
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Es
ist denkbar, dass bei einem Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung Gewindespindel
und Spindelmutter gemeinsam drehbar im Vorrichtungsgehäuse gelagert,
aber axial unverschieblich sind. Auf diese Weise wird beispielsweise
direkt die Drehung der Gewindespindel in eine Drehung des Betätigungselements
umgesetzt. Die Gewindemutter dient in diesem Zusammenhang als Lager
für die
Gewindespindel, ohne dass diese axial verstellt wird. Im Wesentlichen
findet dabei nur eine entsprechende Drehung der Gewindemutter synchron
zur Gewindespindel statt.
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Es
besteht die Möglichkeit,
direkt mit einem entsprechenden Ende der Gewindespindel beispielsweise
ein Ventilelement zum mehr oder weniger zum Schließen oder Öffnen des
Ventils zu verschieben. In diesem Fall wird allerdings der modulartige
Charakter der Antriebsvorrichtung eingeschränkt, da das entsprechende Ende
der Gewindespindel an das spezielle Ventilelement oder dergleichen
angepasst ist. Günstiger
wäre es,
wenn die Gewindespindel an ihrem von der Spindelmutter fortweisenden
Ende mit einer Verschiebestange des Betätigungselements lösbar verbunden
ist. Auf diese Weise kann die Verschiebestange auch für unterschiedliche
Einrichtungen nur an ihrem der Gewindespindel zuweisendem Ende entsprechend
gleichartig ausgebildet sein. Dadurch lassen sich auch unterschiedlichen
Betätigungselementen
zugeordnete Verschiebestangen mit einer Gewindespindel vom jeweils
gleichem Aufbau verbinden.
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Falls
ausreichend Platz vorhanden ist und insbesondere wenn die Gewindespindel
axial verstellbar ist, kann der Codierungsträger des Positionssensors zumindest
mit einem Endabschnitt in eine Innenbohrung der Gewindespindel eingesteckt
und dort lösbar
befestigt sein zur gemeinschaftlichen Bewegung von Codierungsträger und
Gewindespindel in Axialrichtung. Dabei ist entsprechend der Codierungsträger ebenfalls
durch die anschließende
Verbindungshülse,
das Untersetzungsgetriebe und das Stirnradgetriebe hindurchgeführt, so
dass eine entsprechende Abtastung des Codierungsträgers erst außerhalb
der Getriebeeinheit erfolgt. Dadurch ist der entsprechende Positionssensor
einfacher elektrisch kontaktierbar und gegebenenfalls austauschbar.
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Es
besteht die Möglichkeit,
dass Spindelmutter und Verbindungshülse lösbar miteinander verbunden
sind. Dadurch wird direkt auf die Spindelmutter die Drehung der
Verbindungshülse übertragen,
wobei die Spindelmutter durch die entsprechende Lagerung der Verbindungshülse dabei
in axialer Richtung unverschieblich ist.
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Vorteilhafte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden im Folgenden anhand der in den Zeichnungen
beigefügten
Figuren näher
erläutert.
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Es
zeigen:
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1 einen Längsschnitt
durch ein erstes Ausführungsbeispiel
einer Antriebsorrichtung;
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2 einen Schnitt entlang
der Linie II – II aus 1;
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3 eine vergrößerte Darstellung
eines Details „X" aus 1;
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4 einen Längsschnitt
durch ein zweites Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung;
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5 einen Schnitt entlang
der Linie V – V aus 4;
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6 einen Längsschnitt
durch ein drittes Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung,
und
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7 einen Längsschnitt
durch ein weiteres Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung.
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Bei
allen Ausführungsbeispielen
gemäß Erfindung
werden gleiche Teile jeweils durch gleiche Bezugszeichen erwähnt und
teilweise nur im Zusammenhang mit einer der Figuren besprochen.
Zum Teil nur in einer oder einigen der Figuren verwendete Bezugszeichen,
sind in den anderen Figuren der Übersichtlichkeit
wegen weggelassen worden.
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Allen
Ausführungsbeispielen
ist die Anordnung verschiedener Teile der Antriebsvorrichtung 1 gemeinsam.
Diese Teile umfassen insbesondere ein entsprechendes Betätigungselement 2 für die jeweilige
Vorrichtung, wie Ventil, Drossel, Zudosiereinrichtung oder dergleichen,
welche Vorrichtungen insbesondere bei der Erdöl- und Erdgasgewinnung zum Einsatz
kommen. Neben dem Betätigungselement 2 das
je nach Vorrichtung unterschiedlich ausgebildet ist, weist jede
Antriebsvorrichtung 1 einen Gewindetrieb 3, eine
mit diesem bewegungsverbundene Getriebeeinheit 6 aus Untersetzungsgetriebe 7 und Stirnradgetriebe 9 sowie
das Stirnradgetriebe 9 antreibenden Motor oder Motore 4, 5 auf.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
nach 1 weist das Betätigungselement 2 eine
Verschiebestange 40 auf, die an einem ihrer Enden mit einer Lochhülse 43 verbunden
ist. Am freien Ende der Lochhülse 43 sind
eine Anzahl von Bohrungen oder Löchern 49 in
der Hülse
ausgebildet, durch die je nach Verstellung der Lochhülse 43 in
axialer Richtung 38 mehr oder weniger Fluid entsprechend
zur Fluidströmung 50 vom
Einlassende 45 zum Auslassende 46 strömt. In der
dargestellten Stellung der Lochhülse 43 sind
alle Bohrungen 49 verschlossen, so dass keine Strömung durch
das Auslassende 46 stattfindet.
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Um
eine Verdrehung der Lochhülse 43 zu verhindern,
ist diese mittels einer Keilwelle 47 drehfest mit einem
Umströmungskörper 44 verbunden. Dieser
ist im Vorrichtungsgehäuse 42 angeordnet.
Innerhalb des Umströmungskörpers 44 sind
die verschiedenen Teile der Antriebsvorrichtung 1 angeordnet,
wie Gewindetrieb 3, Getriebeeinheit 6 und Motore 4, 5.
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Der
Gewindetrieb 3 ist als Rollenumlaufgewindetrieb mit entsprechend
Gewindespindel 11 und Spindelmutter 10 ausgebildet.
Die Gewindespindel 11 ist mit ihrem von der Spindelmutter 10 fortweisendem
Ende 39 mit der Verschiebungsstange 40 verbunden.
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Die
Spindelmutter 10 ist an einer Verbindungshülse 15 mittels
einer Anzahl von Schraubbolzen lösbar
befestigt, wobei die Spindelmutter 10 über eine entsprechende Drehlagerung
der Verbindungshülse 15 zwar
drehbar, aber in axialer Richtung unverschieblich ist.
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Die
Verbindungshülse 15 weist
eine Haltebohrung 17 auf, siehe auch 4, in die die Spindelmutter 10 teilweise
eingesetzt ist. In dieser Haltebohrung 17 ist je nach axialer
Verstellung die Gewindespindel 11 ebenfalls eingeführt, wobei
deren in der Haltebohrung 17 befindliches Antriebsende 16 mit
einer Innenbohrung versehen ist, in die ein Codierungsträger 33 eines
Positionssensors 32 eingesteckt ist. Der Codierungsträger 33 ist
zusammen mit der Gewindespindel 11 in axialer Richtung 38 verstellbar.
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Mit
einem von der Spindelmutter 10 fortweisendem Ende der Verbindungshülse 15 ist
ein Untersetzungsgetriebe 7 als Teil der Getriebeeinheit 6 zur Drehung
der Verbindungshülse 15 verbunden.
Das Untersetzungsgetriebe 7 ist als sogenannter Harmonic
Drive 8 ausgebildet. Dieses weist eine flexible Zahnhülse 12 auf,
die an ihrem geschlossenen Ende mit der Verbindungshülse 15 drehfest
verbunden ist. Die Zahnhülse 12 weist
an ihrem offenen Ende eine Außenverzahnung
auf, die mit einer Innenverzahnung eines fixierten Ringelements 13 als
weiteren Teil des Harmonic Drive 8 in Teileeingriff ist.
Innerhalb der Zahnhülse 12 ist
im Bereich des Ringelements 13 ein Wellengenerator 14 ebenfalls
als Teil des Harmonic Drives 8 angeordnet.
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Der
Harmonic Drive 8 arbeitet in an sich bekannter Weise, indem
durch den Wellengenerator 14 die flexible Zahnhülse 12 an
zwei gegenüberliegenden
Stellen soweit aufgedehnt wird, dass deren Außenverzahnung dort mit der
Innenverzahnung des Ringelements 13 in Eingriff ist. In
der Regel weist die Zahnhülse
zwei Zähne
weniger als das Ringelement auf, so dass bei einer Drehung die Relativbewegung zwischen
Zahnhülse
und Ringelement zwei Zähne beträgt. Der
entsprechende Wellengenerator 14 ist erfindungsgemäß mit einem
ersten Schraubrad 20 eines Stirnradgetriebes 9 als
weiteren Teil der Getriebeeinheit 6 drehfest verbunden.
Erstes Schraubrad 20 ist zumindest mit einem zweiten Schraubrad 21 in Eingriff,
wobei bei einem weiteren Ausführungsbeispiel
die entsprechende Schrägverzahnung 24,
siehe auch 3, der Schraubräder 20, 21 so
ausgebildet sein kann, dass sich ein Doppelschraubgetriebe 23 ergibt.
Ein solches schrägverzahntes
Stirnradgetriebe 9 ist selbstbremsend und selbsthemmend.
Die Schrägverzahnung
der verschiedenen Schraubräder ist
durch entsprechende Zähne
gebildet, die unter einem entsprechendem Schrägwinkel 25, siehe
wiederum 3, angeordnet
sind.
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Der
Schrägwinkel
beträgt
von erstem und/oder zweitem Schraubrad 50° bis etwa 90° und vorzugsweise 65° bis 85°. Durch das
Stirnradgetriebe ergibt sich ein Übersetzungsverhältnis im
Bereich zwischen i=25 und i<1.
Entsprechend weisen die Schraubräder 1 bis 10,
vorzugsweise 1 bis 7 und besonders bevorzugt 1 bis 4 Zähne auf.
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Bei
den Ausführungsbeispielen
nach den Figuren ist jeweils ein zweites Schraubrad 21 außen in Eingriff
mit dem ersten Schraubrad 20. Es ist selbstverständlich,
dass entlang des Umfangs des ersten Schraubrades 20 auch
zwei, drei oder mehr zweite Schraubräder 21 angeordnet
und mit dem ersten Schraubrad 20 in Eingriff stehen können.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
nach 1 ist das zweite
Schraubrad 21 an einer Antriebswelle 22 angeordnet,
die radial nach außen
versetzt ist und sich parallel zur Gewindespindel 11 erstreckt.
Auf die Antriebswelle 22 folgt eine Übertragung von Antriebskraft
durch zwei Elektromotore 4, 5.
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Es
besteht die Möglichkeit,
dass entsprechend zur Anordnung weiterer zweiter Schraubräder entsprechend
auch weitere Antriebswellen 22 mit Motoren 4, 5 angeordnet
wer den. Diese sind dann analog entlang des Umfangs des ersten Schraubrades 20 verteilt,
wobei die entsprechenden Antriebswellen 22 jeweils parallel
zueinander angeordnet sind.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel
der Antriebsvorrichtung 1 erstreckt sich die Antriebswelle 22 mit
ihrem von dem zweiten Schraubrad 21 fortweisenden Ende
bis zu einer Distanzhülse 35,
wobei ein entsprechendes Ende der Antriebswelle 22 in der
Distanzhülse 35 drehbar
gelagert ist. Es besteht die Möglichkeit,
diese Distanzhülse 35 wegzulassen,
indem beispielsweise die Antriebswelle 22 verlängert und
mit weiteren Motoren 4, 5 im Bereich der Distanzhülse 35 versehen
ist.
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Durch
das erste Schraubrad 20 und das Untersetzungsgetriebe 7 ist
der Codierungsträger 33 des
Positionssensors 32 hindurchgeführt. Dieser ist mit seinem
der Gewindespindel 11 zuweisendem Ende in dieser eingesetzt
und dort fixiert. Der Codierungsträger 33 weist auf seiner
Außenseite
ein positionsspezifisches Muster auf, dass durch eine entsprechende
Abtast- oder Sensoreinrichtung des Positionssensors 32 abtastbar
ist. Durch diese Abtastung ergibt sich eine genaue Positionsbestimmung des
Codierungsträgers 33 bei
Verstellung in axialer Richtung 38, welche Positionsverstellung
in eine entsprechende Positionsverstellung der Gewindespindel 11,
der Verschiebungsstange 14 und damit der Lochhülse 43 umwandelbar
ist. Damit lässt
sich durch den Positionssensor 32 die jeweilige Position der
Lochhülse 43 und
entsprechend die Anordnung der Bohrungen 49 bestimmen,
wodurch die entsprechende Drosselung des Betätigungselements 2 bezüglich der
Fluidströmung 50 bestimmt
ist.
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Zur
elektrischen Versorgung sowohl der Motore 4, 5 als
auch des Positionssensors 32 ist von außen an das Vorrichtungsgehäuse 42 eine
elektrische Verbindungseinrichtung 52 in Form eines elektrischen
Verbinders 48 herangeführt
und dort befestigt. Die entsprechenden elektrischen Versorgungsleitungen
sind in das Innere der Antriebsvorrichtung 1 geführt und
dort mit den entsprechenden Einheiten verbunden.
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Es
sei nochmals darauf hingewiesen, dass die entsprechenden Teile der
Antriebsvorrichtung 1, siehe Betätigungselement 2,
Gewindetrieb 3, Motore 4, 5 und Getriebeeinheit
6 im Wesentlichen bei allen Ausführungsbeispielen
der Antriebsvorrichtung gleichartig aufgebaut und kombiniert sind.
Bei den folgenden Ausführungsbeispielen
wird entsprechend nur auf die Unterschiede zum Ausführungsbeispiel nach 1 eingegangen.
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In 2 ist ein Schnitt entlang
der Linie II – II aus 1 dargestellt, wobei die 1 einen entsprechenden Schnitt
entlang der Linie 1 – 1
aus 2 entspricht.
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Der
Umströmungskörper 44 ist
im Querschnitt kreisförmig,
wobei an drei in Umfangsrichtungen gleich beabstandeten Stellen
die entsprechenden elektrischen Verbindungseinrichtungen bzw. elektrischen
Verbinder 48 angeordnet sind. Mittig in dem Umströmungskörper 44 ist
das erste Schraubrad 20 angeordnet, das mit dem zweiten
Schraubrad 21 in Eingriff ist. Mittig in dem ersten Schraubrad 20 ist
ein hülsenförmiges Ende 68 des
Positionssensors 32 eingesetzt, siehe auch 1, wobei sich innerhalb dieses hülsenförmigen Endes 68 der
Codierungsträger 33 befindet.
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Gegenüberliegend
zum zweiten Schraubrad 21 ist ein Leerraum 51 angeordnet,
der analog zur Aufnahme eines weiteren zweiten Schraubrades 21 mit
entsprechender Antriebswelle 22 und Motoren 4, 5 und
gegebenenfalls Distanzhülse 35 dienen
kann. Weitere solcher Leerräume
sind auch an noch weiteren Stellen in Umfangsrichtung des ersten
Schraubrades 20 anordbar.
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In 3 ist eine vergrößerte Darstellung
des Details „X" aus 1 dargestellt, wobei diese Darstellung
einer Seitenansicht aus radialer Richtung des zweiten Schraubrades 21 entspricht.
Dieses weist eine doppelt angeordnete Schrägverzahnung 24 auf,
so dass ein Doppelschraubgetriebe 23 gebildet ist. Ein
entsprechender Schrägwinkel 25 der Schrägverzahnung
beträgt
zwischen 50° und
etwa 90° und
bevorzugt zwischen 65° und
85°.
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Das
erste Schraubrad 20 ist analog zum zweiten Schraubrad 21 mit
einer solchen doppelten Schrägverzahnung 24 ausgebildet.
Es besteht ebenfalls die Möglichkeit,
dass nur eine Schrägverzahnung
verwendet wird.
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In 4 ist ein Schnitt in axialer
Richtung durch ein zweites Ausführungsbeispiel
einer Antriebsvorrichtung 1 dargestellt.
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Die
Anordnung von Getriebeeinheit 6 und der Motore 4, 5 entspricht
der nach 1, siehe die Ausführungen
dort.
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Unterschiedlich
zum Ausführungsbeispiel nach 1 ist, dass die Gewindespindel 11 als
Teil des Gewindetriebs 3 drehfest mit der Verbindungshülse 15 mittels
Keilverzahnung 19 verbunden ist, aber in axialer Richtung 38 fixiert
ist. Entsprechend ist das Antriebsende 16 der Gewindespindel 11 in
die Haltebohrung 17 der Verbindungshülse 15 eingesteckt
und dort auf deren Innenseite 18 über die Keilverzahnung 19 drehfest
gehaltert.
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Entlang
der Gewindespindel 11 ist die Spindelmutter 10 in
axialer Richtung 38 vertahrbar, wobei diese allerdings
drehfest angeordnet ist. Die Drehfestigkeit ergibt sich insbesondere
dadurch, dass radial nach außen
von der Spindelmutter 10 Eingriffselemente 27 abstehen,
die in diametral gegenüberliegende
Schlitze 28 einer Festhülse 30 eingreifen.
Die Schlitze 28 erstrecken sich in axialer Richtung 38 und sichern
durch die Führung
der Eingriffselemente 27 die Drehfestigkeit der Spindelmutter 10.
Das entsprechende Eingriffselement 27 greift nicht nur
in den Schlitz 28 der Festhülse 30, sondern auch
in entsprechende Schlitze 29 einer Drehhülse 31 ein.
Die Schlitze 29 der Drehhülse 31 verlaufen schräg zu den Schlitzen 28 der
Festhülse 30.
Dabei kann dieser Schrägverlauf
in Längsrichtung
der Schlitze variieren, so dass beispielsweise zuerst nur ein geringer Winkel
zwischen den Schlitzen 28, 29 vorhanden ist, so
dass sich auch bei längerer
Verstellung der Spindelmutter 10 in axialer Richtung 38 nur
eine geringe Relativdrehung zwischen Drehhülse 31 und Festhülse 30 ergibt.
Anschließend
kann sich der Winkel vergrößern, so
dass dann auch mit einer nur geringen Bewegung der Spindelmutter 10 eine
vergleichbar erheblich größere Relativdrehung
zwischen Drehhülse 31 und
Festhülse 30 stattfindet.
Es ist selbstverständlich,
dass durch entsprechenden Verlauf der Schlitze 28, 29 relativ
zueinander verschiedene Umsetzungen der entsprechenden Axialbewegungen der
Spindelmutter 10 in eine Drehbewegung der Drehhülse 31 relativ
zur Festhülse 30 möglich sind.
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Die
Drehung der Drehhülse 31 wird
bei deren Befestigung mittels entsprechender Schraubbolzen auf einen
Zwischenring 26 übertragen.
Dieser ist mittels Steckstiften drehfest mit einer Drehkopplungshülse 58 verbunden.
Diese wiederum ist über
entsprechende Steckstifte drehfest mit einer ersten Lochblende 55 verbunden.
Durch Drehung der ersten Lochblende 55 relativ zu einer
zweiten, feststehenden Lochblende 54 ergibt sich eine unterschiedlich
große
Blendenöffnung
durch Überlapp
entsprechender Öffnungen
in beiden Lochblenden 54, 55. Überlappen die entsprechenden Öffnungen
nicht, erfolgt kein Durchfluss durch die Lochblendenanordnung in
Strömungsrichtung 50.
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Zur
Positionsbestimmung der Spindelmutter 10 und damit zur Überwachung
der Verdrehung der ersten Lochblende 55 weist das Eingriffselement 27 zumindest
auf einer Seite der Spindelmutter 10 einen Mitnehmen 34 auf,
der weiter radial nach außen
vorsteht. Dieser Mitnehmer 34 ist mit einem im Wesentlichen
flachen und stabförmigen
Codierungsträger 33 verbunden.
Dieser bildet entsprechend zu 1 Teil eines
Positionssensors 32. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel
nach 1 sind Positionssensor 32 und
Codierungsträger 33 radial
nach außen
versetzt und parallel zur Gewindespindel 11 angeordnet. Durch
die Mitbewegung des Codierungsträgers 33 mit
der Spindelmutter 10 ergibt sich durch entsprechende Abtastung
eines auf dem Codierungsträger angeordneten
positionsspezifischen Musters eine genaue Positionsbestimmung der
Spindelmutter 10. Die Position der Spindelmutter 10 lässt sich
in eine genaue Drehstellung der ersten Lochblende 55 relativ
zur zweiten Lochblende 54 umrechnen.
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Analog
wie beim Ausführungsbeispiel
nach 1 ist der Gewindetrieb 3 nach 4 ein Rollenumlaufgewindetrieb
und das Stirnradgetriebe 9 kann als Doppelschraubgetriebe 23 ausgebildet
sein. Ebenfalls analog zum ersten Ausführungsbeispiel besteht die
Möglichkeit,
mehrere Antriebswellen 22 mit entsprechenden Antriebsmotoren 4, 5 und
zugeordneten zweiten Schraubrädern 21 in
Umfangsrichtung des ersten Schraubrades 20 anzuordnen.
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5 entspricht einem Schnitt
entlang der Linie V – V
aus 4, wobei 4 einem Schnitt entlang
der Linie IV – IV
nach 5 entspricht.
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Im
Wesentlichen entspricht 5 der 2, wobei allerdings das
zweite Schraubrad 21 nicht seitlich zum ersten Schraubrad 20,
siehe 2, sondern unterhalb
zu diesem angeordnet ist. Diametral gegenüberliegend ist der Positionssensor 32 angeordnet.
Es besteht die Möglichkeit,
weitere entsprechende Leerräume 51,
siehe 2, entlang der
Umfangsrichtung des ersten Schraubrades 20 zur Aufnahme weiterer
Antriebswellen 22 und entsprechender zweiter Schraubräder 21 anzuordnen.
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Im
Inneren des ersten Schraubrades 20 ist entsprechend zur
anderen Anordnung des Positionssensors 32 mit Codierungsträger 33 kein
solcher Codierungsträger 33 angeordnet,
siehe hierzu statt dessen 2.
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6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung 1,
die im Wesentlichen analog zur Antriebsvorrichtung 1 nach 1 aufgebaut ist. Die Unterschiede
betreffen im Wesentlichen die andere Verwendung der Antriebsvorrichtung 1,
d.h. die Kombination mit einem anderen Betätigungselement 2,
wobei ebenfalls die entsprechenden Teile der Antriebsvorrichtung 1 nicht nach 1 in einem Umströmungskörper 44 eingebaut
sind.
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Statt
dessen weist das Betätigungselement nach 6 eine Verschiebungsstange 14 auf,
die an ihrem von der Gewindespindel 11 fortweisendem Ende
mit einem Topfhalter 62 drehfest verbunden ist. Der Topfhalter 62 ist
einseitig offen und in dieses offene Ende ist ein Schließtopf 61 eingesetzt.
In der oberen Hälfte
nach 6 ist der Schließtopf maximal auf
eine entsprechende Lochhülse 43 mit
Bohrungen 49 als weiteren Teil des Betätigungselements 2 aufgeschoben.
In der unteren Hälfte
nach 6 ist der Schließtopf 61 so
weit wie möglich
von der Lochhülse 43 abgezogen,
so dass alle Bohrungen 49 Fluid entsprechend zur Fluidströmung 50 durchlassen.
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Um
eine Drehung des Topfhalters 62 relativ zum Vorrichtungsgehäuse 42 zu
verhindern, ist analog zu 1 eine
Keilwelle 47 zwischen diesen angeordnet.
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Es
sei noch angemerkt, dass bei 6 auch der
gleiche Positionssensor 32 wie bei 1 im Einsatz ist. Dies gilt analog auch
für den
entsprechenden Codierungsträger 33 und
dessen Anordnung innerhalb der Antriebsvorrichtung bzw. dessen Befestigung
an der Gewindespindel 11.
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Bezüglich 6 sei noch angemerkt, dass dort
insbesondere die Schrägrollenlager 63 der
Verbindungshülse 15 mit
Bezugszeichen versehen sind, welche allerdings auch analog bei den
anderen Ausführungsbeispielen
im Einsatz sind.
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Weiterhin
sei noch angemerkt, dass das Vorrichtungsgehäuse 42 wie auch bei
den anderen Ausführungsbeispielen
modulartig aufgebaut ist und durch die Abstufungen auf der Außenfläche insbesondere
bei den Ausführungsbeispielen
4 und 6 zum automatischen Einsetzen der entsrechenden Antriebsvorrichtung 1 mit
Betätigungselement 2 in
einen sogenannten Tree bei der Erdöl- und Erdgasgewinnung dienen.
Die Anordnung wird durch die verschiedenen Abstufungen und Schrägflächen auf
der Außenseite
des Vorrichtungsgehäuses 42 erleichtert,
so dass das Einsetzen auch durch einen ferngesteuerten Roboter oder
dergleichen erfolgen kann.
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Bei
dem letzten Ausführungsbeispiel
nach 7 entspricht wiederum
die Anordnung der entsprechenden Teile der Antriebsvorrichtung 1 der nach 1, siehe insbesondere Anordnung
von Verbindungshülse 15 von
Getriebeeinheit 6 und Motoren 4, 5. Auch
bei 7 wird ein Umströmungskörper 44 eingesetzt,
um den das Fluid entsprechend zur Fluidströmung 15 von Einlassende 45 in
Richtung Auslassende 46 strömt. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel
nach 1 wird eine andere
Art von Drosselelement verwendet, das aus zwei Lochblenden 54, 55 gebildet
ist, siehe hierzu auch 4.
Die erste Lochblende 55 ist drehbar und die zweite Lochblende 54 drehfest
innerhalb des Vorrichtungsgehäuses 42 gelagert.
Die Drehung der ersten Lochblende 55 wird direkt durch
Drehung der Gewindespindel 11 des Gewindetriebs 3 übertragen.
Die Gewindespindel 11 ist analog zu dem Ausführungsbeispiel
nach 4 in einer entsprechenden
Haltebohrung 17 der Verbindungshülse 15 eingesetzt
und dort mittels Keilverzahnung 19 drehfest und axial unverschieblich
gehalten.
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Im
Unterschied zu den vorangehenden Ausführungsbeispielen erfolgt bei
dem Ausführungsbeispiel
nach 7 keine Verstellung
eines Teils des Gewindetriebs 3 in axialer Richtung, da
auch die Spindelmutter 10 zwar drehbar, aber in axialer
Richtung unverschieblich innerhalb des Umströmungskörpers 44 gelagert
ist. Die entsprechende Lagerung erfolgt über ein zwischen zwei Halteringen 64, 65 angeordnetes
Lager 66.
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Die
elektrische Versorgung der entsprechenden Einheiten der Antriebsvorrichtung 1 nach 7 erfolgt analog zu 1. Ein Unterschied zwischen den
Ausführungsbeispielen
nach 1 und 7 besteht in der Verwendung
eines anderen Positionssensors 32, der nach 7 eine Torsionsfeder 67 als die
jeweilige Drehstellung der Verbindungshülse 15 und damit der
Gewindespindel 11 detektierendes Element ist. Die entsprechende
Torsion der Feder führt
zu unterschiedlich gedehnten und gestauchten Bereichen entlang der
Wicklung der Feder, was in diesen Bereichen angeordneteten elektrischen
Drähten
zu unterschiedlichen Widerstandsänderungen führt. Diese
Widerstandsänderungen
werden in eine entsprechende Torsion der Feder und damit in einen entsprechenden
Drehwinkel der Verbindungshülse 15,
der Gewindespindel 11 und schließlich der ersten Lochblende 55 umgerechnet.
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Im
Folgenden sei kurz die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung 1 anhand
beispielsweise der 1 erläutert.
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Bei
Betätigen
der Motore 4, 5 erfolgt entsprechen eine Drehung
der Antriebswelle 22 und damit des zweiten Schraubrades 23 des
schrägverzahnten Stirnradgetriebes 9.
Die Drehung des zweiten Schraubrades 23 wird durch den
Eingriff der Schrägverzahnungen
auf das erste Schraubrad 20 übertragen.
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Durch
das schrägverzahnte
Stirnradgetriebe ergibt sich eine Selbsthemmung bzw. Selbstbremsung
sowie ein hoher Wirkungsgrad mit geringer Verlustleistung. Die entsprechenden
Zahnflanken der Zähne 24 von
erstem und jeweils zweitem Schraubrad 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 Getriebe relativ geräuscharm, kompakt im Aufbau
und weist eine hohe Lebenserwartung auf.
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Wie
bereits ausgeführt,
können
mehrere der zweiten Stirnräder 23 in
Umfangsrichtung des ersten Stirnrades 20 mit entsprechenden
Antriebswellen 22 und Motoren 4, 5 angeordnet
sein.
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Die
Drehung des ersten Stirnrades 20 wird auf den Harmonic
Drive übertragen
und dort weiter untersetzt. Über
die flexible Zahnhülse 12 erfolgt
ein Antrieb der Verbindungshülse 15 und über diese
je nach Ausführungsbeispiel
eine Drehung der Spindelmutter 10 bzw. der Gewindespindel 11.
Durch die Drehung des entsprechenden Teils des als Rollenumlaufgewindetriebs
ausgebildeten Gewindetriebs 3 erfolgt eine Verstellung
oder Verdrehung des jeweiligen Betätigungselements 2,
wobei zusätzlich
noch eine weitere Getriebeeinheit aus Festhülse und Drehhülse 30, 31 zwischen
Gewindetrieb 3 und Betätigungselement 2 angeordnet
sein kann.
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Die
Betätigungselemente
der verschiedenen Ausführungsbeispiele
sind unterschiedlich ausgebildet und weisen in der Regel eine entsprechende
Verschiebestange und mit dieser verbundene Durchflusssteuerelemente
wie Lochblenden 54, 55 oder Lochhülsen 43 auf.
Es sei allerdings angemerkt, dass erfindungsgemäße Antriebseinrichtungen auch
für andere
Einrichtungen wie Drosseln, d.h. beispielsweise auch für Ventile,
Zudosiereinrichtungen oder dergleichen einsetzbar sind.