DE2629112A1

DE2629112A1 - Ueberlastungssicherung fuer wellen, insbesondere fuer ventilschaefte

Info

Publication number: DE2629112A1
Application number: DE19762629112
Authority: DE
Inventors: John Zouzoulas
Original assignee: Philadelphia Gear Corp
Current assignee: Limitorque LLC
Priority date: 1976-01-23
Filing date: 1976-06-29
Publication date: 1977-08-04
Also published as: NL160067B; DE2629112B2; GB1505973A; DE2629112C3; JPS5634740B2; BE845125A; NL7606489A; NL160067C; CA1041070A; JPS5290813A; US4063707A

Description

PATENTANWALT DIPI...-ING. HARRY ROEVER

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25. Juni 1976 R/kr

Philadelphia Gear Corporation Schuylkill Expressway

King of Prussia, Montgomery County, Pennsylvania, U.S.A. 19406

überlastungssicherung für Wellen, insbesondere für Ventilschäfte

Priorität der US-Patentanmeldung Nr. 651 976 vom 23. Januar 1976

Die Erfindung betrifft eine überlastungssicherung für Wellen, und zwar insbesondere für die Schäfte von Ventilen speziell derjenigen Bauweise, die eine Gewindemutter aufweisen, durch die ein Ventilschaft mit entsprechendem Gegengewinde hindurchverläuft, der zum Anheben oder Absenken des Ventils verdrehbar ist.

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Es gehört zum Stand der Technik, Drehmoment-Abtastmittel vorzusehen, die abtasten, daß das Ventil in Schließlage gelangt ist, und es ist ebenfalls bekannt, derartige Drehmoment-Abtastmittel dazu heranzuziehen, um den Kraftantrieb des Ventilschafts abzuschalten.

Die Erfindung befaßt sich mit dem Problem, das sich aus dem Trägheitsmoment, d.h. also mit der kinetischen Energie, des Antriebsmotors ergibt. Dieses Problem ist besonders schwerwiegend bei der Verwendung von mit hohen Drehzahlen laufenden Antriebsmotoren. Das Trägheitsmoment des Motors hat die Folge, daß dieser auch noch weiterläuft, nachdem er abgeschaltet worden ist, und dies hat die Folge, daß weiterhin eine Schließkraft auf den Ventilsitz ausgeübt wird, wenn das Ventil-Schiießelement bereits voll und satt aufsitzt. Wenn das nicht verhindert wird, kann dies zur Beschädigung oder Zerstörung des Ventil-ι Sitzes führen.

Es ist daher Hauptaufgabe dieser Erfindung^ eine Einrichtung zu

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! schaffen, mittels derer eine weitere Ausübung einer Schließkraft

auf den Ventilsitz infolge eines Weiterlaufens des Motors, j nachdem das Ventil-Schiießelement sich voll an den Sitz ange-' legt hat, verhindert wird.

Diese Aufgabe wird, unter gleichzeitiger Lösung anderer Aufgaben ! und Erzielung weiterer Vorteile, durch die Erfindung dadurch

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gelost, daS ein;Schutzmechanismus vorgesehen ist, der ensrgieabscrbisrende Teils zur Aufnahme aei* kinetischen Energie des Motors aufweist; wodurch eine weitere Verdrehung des-Ventilschaft^ vermieden und die Ausübung einer weiteren Schließkraft auf das bereits geschlossene Ventil verhindert wird.

In der Zeichnung ist ein AusfUhrungsbeispiöl aar Erfindung dargestellt. j

Figur 1 ist ein Längsschnitt durch den Schutzmechanisir.us nach uer Erfindung in Verbindung mit einem typischer. Ventil

Figur 2 ist ein vergrößerter Schnitt der Schutzeinrichtung, die in Fig. 1 gezeigt ist.

Figur 3 1st eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Tails des Mechanismus nach Fig. Zi sie zeigt die Relativlagen der Teile, nachdem das Ventil geschlossen hat und die kinetische Träghaitsertergie des nachlaufenden Antriebsmotors absorbiert worden ist.

Figur 4 1st ein Schnitt entlang der in Fig. 2 eingetragenen Linie 4 ^f- 4.

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ORIGINAL INSPECTED

In Fig. 1 1st ein Ventil, das insgesamt suit V bezeichnet ist, dargestallt, welches eine mit Innengewinde versehene Ventil-Gutter 15 aufweist, die mit Ihrem Außengewinde in das Joch des Ventils von oben eingeschraubt ist. Eine Packung 14, die unterhalb einar Mutter 15 A angeordnet ist, diest zur mechanischen Abdichtung. Durch die Mutter 15 1st ein nrit AuP.sngewiRde versehener Ventilschaft 30 eingeschraubt, mit dessen unterem Ende ein Ventilschließelement 12 verbunden ist. Das Schlie^elarr-ant ist in Fig. 1 in Schließläge gegenüber dam Ventilsitz 10 dargestellt. ^:

Auf dem Joch des' Ventils V ist ein Gehäuse H gelagert, das, zusätzlich zu den Ventilschaft-Antriebstei^an, den Gkerlsstungsschützmechanismus nach der Erfindung enthält»

Hie in Fig. 1 gezeigt, treibt eine Schnecke 20 ein Schneckenrad 21 an, das eine Antriebshülse 22 in Drehung versetzt, welche, wie dargestellt,-1n Drucklagern 28 und 29 gelagert ist. Der untere Endabschnitt der Antriebshülse 22 ist bei 23 sit einer In-en-Sternkeilvefzahnung versehen und nimmt eine mit einer . entsprechenden Außen-Sternkeilverzahnung versehene Hülse 24 auf, v/ie dies auch aus den Figuren 2 und 3 erkennbar 1st. Die Sternkeile 23 erlauben eine Relativ-Axial-Bewegung zwischen der Antriebshülse 22 und der DrehrnGmenthülse 24. Die DrehRC-aienthülse Z- ist mit Innengewinde versehen und steht in Eingriff Ent einer süßen mit Gewinde versehenen Antriebssutter 25. Wie die Figuren

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ORiGIfMAL EfMSPECTED

2 und 4 zeigen,? 1st der untere Abschnitt der Äntriebsniutter -.Tilt einer quadratischen öffnung 26 versehen, und der Ventilschaft 30 1st mit einem ebenfalls quadratischen oberen Endabschnitt 31 versehen, der "in die quadratische Aufnahrceöffnung 2β der Mutter 2S hineinpaßt.

0er quadratische obare Endabschnitt 31 des Ventilschafts 30 hat eine mit Innengewinde versehene tnittise Bohrung, Vielehe

das mit Außengewinde versehene untere Teil 41 einas Schsftverlc-ngerungsteils 40 aufnimmt. Eine Stellschraube 32 verhindert eine Verdrehung des Schaft-VerlSnserungsteils 40 gegenüber dem Schaftende 31 in Lesungsrichtung.

Das Schaft-Verlgngerungsteil 40 wirkt als Lagerung und Führung für eine Gruppe ;von vorgespannten Delleville-Federn (Tellerfedern) 50, die zwischen einer unteren Druckscheibe 53 und einer oberen Druckscheibe 54 Hegen. Die untere Druckscheibe 53'wird von einefa Ringflansch 43 an der Schaft-Verlengerung netragen. Die obere Druckscheibe.54 1st mittels einer Verr1es2lungsmutter^:51 abgestützt, die auf das mit Außengewinde versehene Ende 42 der Schaftverlpgerung 40 aufgeschraubt ist. tine Stellschraube 52 verhindert eine Verdrehung der Verrfegeluftr;srj.'tter_51 gegenüber dem reit Gewinde versehenen Endabschnitt 42 dar Schaft-Verlängerung 40.

Kenn Ik Betrieb das Schneckenrad 21 (Fig. 1) durch dia kraftangetriebene Schnecke 20 verdreht wird, so verdreht sich der

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zwischen den Drucklagern 28 und 29 gelagerte Mechanismus als Ganzes. Es erfolgt keine Relativverdrehung zwischen den einzelnen Bestandteilen dieses Mechanismus. Die Antriebshülse 22 verdreht sich, und ebenfalls auch die DrehEö&enthülse 24, die Antriebsmutter 25, der Ventilschaft 30, die Schaftverltingerung 40, die Druckscheiben 53 und 54» dia Teilsrfedern 50^ und die Verriegelungsir.utt-ar 51.

Aus Fig. 1 1st ersichtlich, daß bei Drehantrieb des Ventil-

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Schafts 30 durcii die bereits vorstehend beschriebenen Teile der Schaft 30 sich relativ zur Mutter 15 Ins Ventil V verdreht, und da die Ventilmutter 15 axial fixiert ist* mu$ sich zwangsweise der Ventilschaft 30 entweder anheben oder absenken gegenüber 6er VentilmutterlS je nach der Drehrichtung des Ventilschafts. !

Es soll angenommen werden, daß das Schneckenrad 21 in derjenigen Drehrichtung angetrieben wird, daß der Ventilschaft 30 in der Ventil mutter 15 nach unten bewegt wird. Das antreibende Schneckenrad 21 uno die Antriebshülse 22 sind gegenüber axieler Verschiebung im Geha'use H fixiert. Dementsprechend bewegen sich

das Schneckenrad¹21 und die Antriebshülse 22 nicht nach unten, wenn sich aar Ventilschaft 30 in axialer Richtung nach unten bewegt. Diese Abwärtsbewegung des Ventil Schafts 30 "übt auf die Antriebsmutter 25 einen Zug nsch unten aus, wodurch auf die Drehisorren thill se 24 ebenfalls ein Zug nach unten erzeugt wird,

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Da die AntriebshUlse 24 niit vertikalen Sternkeilen versehen ist, tiJH die AntriebshUlse 22 anzutreiben, gleited die Dreha-oaisithülse 24 juf den Sternkeilen 23 nach untajs. Di&sa Wirkung setzt sich fort] bis das Ventil schließelsrnef-t 12 auf dem Ventilsitz 10 zum Aufsitzen gekommen ist.

Wenn der (nicht !dargestellte) DrehmoiRent-Abtastmechanissnus feststellt, das das Ventilschließeleiüent 12 auf" dan Ventilsitz

ID züxz Sitzen gekommen ist, wird ein elektrischer Schalter betätigt, um die Stromzufuhr zum Antriebsmotor abzuschalten. Jedoch bewirkt, wie bereits weiter oben beschrieben, die kinetische Energie der Tra'yheitsk raffte des Antricbsmctcrs, ds£ dieser weiterläuft, und wenn er nicht daran gehindert wird, weiterzulaufen, so bewirkt a&r Weiterlaufende Motor airu-n weiteren Drehantreib des Ventilschaft* 30 in dar feststehenden Hütter 15 und socnit eine weitere Bewegung des Ventiischafts 30 nach unten, wodufch auf das Ventil eine nach unten gerichtete

Kraft ausgeübt wird, nachdem dieses aber bereits vollständig geschlossen 1st.,Die Reaktionsijraft des nun vollständig geschlossenen Venfjls wird in Richtung nach oben auf dsn Ventilschaft 30 ausgeübt und bewirkt einen beträchtlichen Widerstand gegenüber weiterer Verdrehung des Ventilschafts. Infolgedessen beenden der Ventilschaft 30 und seine Antriebsrcutter 25 die Drehbewegung, oder beenden sie fast völlig. Da sich nun aber das Schneckenrad ;21, die AntriebshUlse 22 und die Drehmoment-

hülse 24 weiter verdrehen, findet eine relative Winkelbewegung

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zwischen der Dr.ehmomenthülse 24 und der Antriebsmutter 25 statt. Dies ist! in Fig. 3 dargestellt. Die GewindegSnge der sich verdrehenden Hülse 24 werden nun auf den gg ävr sich nicht (oder nur sehr langsam} verdrehenden Antriebs-

cutter 25 nach oben gedrückt. Dies ist durch die Pfeile a in Fig. 3 angedeutet. (Es wird angenommen, daß sich die Drehftoment-

hülse 24 in Uhrreigerrichtung verdreht, in der Blickrichtung nach unten von aer Oberseite der gesamten Vorrichtung). Als Ergebnis bewegt sich also die Drehsomsnthülse 24 auf den vertikalen Sternkeilen 23 nach oben. Das ist durch die Pfeile b in Fig. 3 gezeigt. Die Aufwärtsbewegung der Hülse 24 übt einen nach oben gerichteten Druck auf die untere Druckscheibe 53 aus, wodurch sich die Tellerfedern 50 gegenüber aer oberen Druckscheibe 54'zusammendrücken. Diess Wirkung set2t sich fort,bis der nachlaufende Antriebsmotor seine Hachlaufvsrc'rehung beendet hat. In Fig. 3 ist die Drehmof^enthülss 24 so dargestellt, daß sie sich über ihre Ausgsngslags, die In Fig.

gezeigt 1st, angehoben hat. Auf diese Art und Weise wird die

kinetische Energie des nachlaufenden Motors absorbiert, und zwar durch die tellerfedern 50.

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Es soll nun betrachtet werden, wie die Öffnung des geschlossenen Ventils erfolgt und was dabei passiert. In der vorangegangenen Beschreibung wirci angenommen, daß zuis Schließen des Ventils die AntriebshUlsp 22 und die Drehmoroenthülse 24 in Uhrzeigerrichtung angetrieben werden, in der Blickrichtung in den rigu.-e«. I bis 3 nach unten, üro nun das Ventil zu öffnen, wird natürlich

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ORIGIMAL INSPECTED

die Antriebseinrichtung 1n entgegengesetzter Richtung be-

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tätigt. Wenn die AntriebshUlse 22 und die Drehmoaienthülse 24

entgegen der ührzeigerrichtung verdreht werden, wiederum in der ülickrichtung in den Figuren 1 bis 3 nach unten, dann verdreht sich die Drehraomenthtilse 24 relativ zu der Antriebsfputter 25, und !zwar infolge des nach unten gerichteten Drucks auf die Drehmom'enthUlse 24, welcher von den zusammengedrückten Tellerfedern SO ausgeübt wird. Während dieses Vorgangs verdreht sich die JAntriebsrautter 25 nicht, und die Drehmementhülse

24 bewegt sich auf den vertikalen Sternkeilen 23 nach unten, bis die DrehBiomenthülse 24 an dem Flansch 27 der Antriebsmutter

25 zur Anlage kommt. Zu diesem Zeltpunkt heben sich die Teller-

federn 50 bis zu ihren normalen, vorgespannten Zustand ausgedehnt. Eine weitere Verdrehung der Drehmctr.enthülse 24 entgegen der Uhrzeigerrichtung bewirkt eine Verdrehung der Mutter 25 in derselben, entgegen der Uhrzeigerrichtung verlaufenden

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* ι

Orehsichtung unjd auch um das gleiche Ma3. Bei Verdrehung der

Antriebsrautter J25 wird der Ventilschaft 30 1n einer solchen Sichtung verdreht, daß der Ventilschaft 30 sich 1n der Ventilsiutter 15 anhebt und somit das Ventil Öffnet.

ί
Der Cberlsstungsschutz-Mechanismus nach derErfindung 1st be-

schrieben und dargestellt worden 1n Anwendung auf kraftangetriebene VentilschHfte, hat aber eine breitere Anwendbarkeit. Der Mechenismus nach der Erfindung kann immer dann angewandt werden, wenn ein Drehmoment auf das Außengewinde einer Welle ausgeübt wird, oder auf eine andere Form von schrägverlaufenden

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AnIagef!Sehen auf diesem Schaft, um eine Winkel- und/odar -exialbewegung der Welle oder des Schafts zu bewirken, iisr.er dann, wenn es wünschenswert ist, einen Schutz zu gewährleisten gegenüber der Ausübung von Druckkräften oder Drehrnoßentkräften durch dje Welle, welche eine vorbestisnrte StSrke· liber-

!
fchreiten.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

1. überlastungssicherungsvorrichtung zum Schutz gegenüber der Ausübung eines übermässigen Drehmoments oder einer übermässigen Schutzkraft durch eine Welle, insbesondere für kraftbetriebene Ventile, gekennzeichnet durch:

a) eine Welle mit einer zur Wellenachse schrägstehenden äußeren Anlagefläche;

b) eine Antriebseinrichtung zur Ausübung einer Drehmomentkraft;

c) Einrichtungen, einschließlich Kupplungseinrichtung, zur Ausübung der Drehmomentkraft von der Antriebseinrichtung auf die schrägstehende Anlagefläche der Welle;

d) Ausbildung der Kupplungseinrichtung derart, daß sie eine Relativbewegung in Axialrichtung der Welle zwischen der Drehmomentkraft-Übertragungseinrichtung und der Drehmomentkraft-Antriebseinrichtung bei Auftreten von Wellen-Reaktionskräften ermöglicht; und

e) energieabsorbierende Einrichtungen im Wege der Axialbewegung der Drehmomentkraft-Aufbringungseinrichtung.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die schrägstehenden Anlageflächen der Welle Gewindegänge umfaßt.

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3. Vorrichtungen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehmomentkraft-Öbertragungseinrichtung eine mit Innengewinde versehene Drehmomenthülse umfaßt, die mit den Gewindegängen an der Welle in Eingriff steht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung axiale Sternkeile auf der Außenfläche der Drehmomenthülse umfaßt, im Eingriff mit axialen Sternkeilen an der Innenseite der Drehmomenkraft-Antriebseinrichtung.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Energie absorbierende Einrichtung Druckfedern umfaßt.

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