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Antrieb für Einrichtungen, bei denen es auf die Einhaltung einer gewünschten Schliesskraft od. dgl. ankommt
Die Erfindung bezieht sich auf einen Antrieb für Einrichtungen, wie Rohrleitungsarmaturen, grosse
Tore, z. B. Schleusentore, Überfallschütze bei Wehranlagen u. dgl., bei denen es erwünscht ist, einen bewegten Teil mit vorbestimmtem Druck, dem sogenannten Schliessdruck, gegen einen festen Teil zu pressen.
Es ist bekannt, den elektrischen Motor solcher Antriebe mittels eines stromabhängigen Relais abzu- schalten. Es ist hiebei möglich, den Antrieb der jeweiligen Einrichtung anzupassen, so dass in den mei- sten Fällen der gewünschte Schliessdruck erreicht wird. Treten aber Veränderungen, vor allem im ela- stischen Verhalten. der Einrichtung auf, so ändert sich auch der Schliessdruck.
Die bekannten Antriebe dieser Art sind nicht universell auf verschiedene Einrichtungen anwendbar, da sie je nach dem Elastizitätsverhalten der Einrichtung und des Antriebes zu verschieden grossen Schliessdrücken führen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Antrieb zu schaffen, bei dem der gewünschte einstellbare Schliessdruck weitgehend unabhängig vom elastischen Verhalten der Ein- richtung erzielbar und der daher für eine grosse Anzahl verschiedener Einrichtungen verwendbar ist.
Die theoretischen Grundlagen der Erfindung und zwei beispielsweise Ausführungsformen werden an Hand der Zeichnungen erläutert. Diese zeigen in den Fig. 1-3 Diagramme über das Verhalten des Antriebes und in den Fig. 4 und 5 zwei praktische Ausführungsformen.
In Fig. l ist das elastische Verhalten dreier Einrichtungen, z. B. dreier Rohrleitungsarmaturen verschiedener Art, dargestellt. Da auf der Abszisse der Formänderungswinkel so und auf der Ordinate das Drehmoment M aufgetragen sind, ergeben sich als Kennlinien für das elastische Verhalten der drei Armaturen beim Auflaufen des Schliessorgans auf seinem Sitz drei gerade Linien.diemitK,K und K3 bezeichnet sind.
Soll beispielsweise die Armatur, der die Kennlinie Kl zukommt, mit einer Kraft geschlossen werden, der das Drehmoment Mg entspricht, so muss der Antriebsmotor bei einem aufgenommenen Strom Jab und damit bei einem Drehmoment Mab abgeschaltet werden, damit unter der Wirkung der den bewegten Teilen innewohnenden kinetischen Energie das Drehmoment gerade nur bis zum Wert Mg steigt.
Die schraffierte Trapezfläche Fl entspricht hiebei der Formänderungsarbeit.
Ändert sich die Elastizität der Armatur z. B. dadurch, dass das Verschlussorgan vor Auftreffen auf den Sitz durch eine Schlammschicht hindurchstossen muss, so wird das elastische Verhalten weicher und soll hiebei der Linie K2 entsprechen. Auch hier wird der Antriebsmotor in dem Augenblick abgeschaltet, in dem der von ihm aufgenommene Strom den Wert Jab erreicht.
Infolge der grösseren Elastizität steigt jedoch beim Auslaufen der bewegten Massen das Moment nur bis zu einem Wert M, der unter dem Wert Mg liegt, so dass der Schliessdruck, welcher nunmehr auftritt, geringer ist, als im ersten Falle. Die unterhalb der Linie K2 schraffierte Fläche F2 ist gleich
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gross der Fläche fil.
Wird der Antrieb für eine Armatur beispielsweise anderer Grösse benutzt und weist diese zusammen mit dem Antrieb ein elastisches Verhalten auf, bei dem das Drehmoment beim Schliessen in Abhängig- keit vom Winkel cp entsprechend der Linie Ks steigt, so wird nach dem Abschalten des Antriebsi motors bei Jab ein maximales Moment Ms erreicht, das weit über dem zugelassenen Grenzmoment
Mg liegt, und Armatur sowie Antrieb gefährdet. Die Fläche Fs ist hiehei gleich gross wie die Flä- chen FoderF.
Soll das Schliessmoment Mg von den elastischen Eigenschaften der Armatur unabhängig sein und einen stets gleich grossen Wert haben, so muss, je geringer die Elastizität ist, früher abgeschaltet wer- den als bei hoher Elastizität. Dies geht aus Fig. 2 deutlich hervor. der Formänderungswinkel # ist auf der Abszisse und das Drehmoment M auf der Ordinate aufgetragen. Das Verhalten dreier Armaturen ist durch die Linien K1, K2 und K3 veranschaulicht. Alle drei Armaturen sollen einen Schliessdruck Mg in gleicher Grösse erhalten.
Aus der Forderung, dass die Flächen F', F'und E* gleich gross sein müssen, ergeben sich die
Abschaltpunkte 1, 2 und 3, die auf der Linie M'ab liegen. Da eine Abhängigkeit zwischen dem
Motordrehmoment und dem vom Motor aufgenommenen Strom besteht, kann das erwünschte Ziel nur erreicht werden, wenn der Motor bei verschieden hohen aufgenommenem Strom abgeschaltet wird.
Es ist verständlich, dass dies mit dem üblichen stromabhängigen Relais ailein nicht erreicht werden kann. Man hat sich bisher so beholfen, dass man den mit einem stromabhängigen Relais ausgestatteten
Antrieb für eine minimale Elastizität eingestellt hat, die beispielsweise in Fig. l der inie K. ent- spricht. Um ein Unterschreiten dieser Elastizität zu vermeiden, war es notwendig, elastische Glieder in die Antriebsketten zwischen Motor und Verschlussorgan einzufügen, so dass die Elastizitätskennlinie nie steiler als der Linie Kl entsprechend werden konnte.
Man musste aber in Kauf nehmen, dass die tatsächlich auftretenden Schliessmomente grosser Elastizi- tät weit unter das erwünschte SchlieEmoment Mg sinken konnten. Eine gewisse Gleichmässigkeit der
Schliessmomente für die Einrichtungen verschiedener Elastizität konpte mechanisch nur durch grossen
Aufwand an elastischen Baugliedem erreicht werden, was jedoch kostspielig und raumaufwendig war.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Antrieb zu schaffen, dessen Motor bei einem
Drehmoment abgeschaltet wird, das einem oder mehreren Punkten, entsprechend den jeweilig vorhan- denen Elastizitätseigenschaften der angetriebenen Einrichtung, der Kurve M'ab der Fig. 2 entspricht.
Die Erfindung macht sich ein J-und dJ/dt-abhängiges Stromrelais zunutze,ab das von dritter Seite entwickelt, aber noch nicht bekanntgeworden ist. Diesem Relais wurde eine der Linie M'ab entspre- chende Charakteristik verliehen. Der Grundgedanke der Erfindung ist demnach, ein solches J-und dJ/dt-abhängiges Relais zur Abschaltung des Antriebsmotors zu verwenden. Das Relais selbst ist nicht
Gegenstand der Erfindung.
Fig. 3 zeigt die Charakteristik eines solchen Relais. Auf der Abszisse ist die Zeit t und auf der
Ordinate der aufgenommene Strom J des Antriebsmotors aufgetragen. Das Elastizitätsverhalten der angetriebenen Einrichtungen ist durch die minien K., K, und K-wiedergegeben und stellt die Strom- aufnahme bei Erreichen der Schliesslage dar. Das kombinierte Relais zeigt die Eigenheit, dass es umso früher schaltet, je rascher der Stromanstieg erfolgt. Die einzelnen Schaltpunkte liegen auf der Linie Jab, die der Linie M'ab weitgehend ähnlich ist. Diese Ähnlichkeit kann durch Einstellung des Differenzstromes AI und der Empfindlichkeit in grossen Bereichen noch vergrössert werden, so dass sich die beiden Kurven Jab und M'ab über weite Bereiche decken.
Ein mit einem solchen J-und dJ/dt-abhängigen Relais ausgestatteter Antrieb eignet sich demnach für zu betätigende Einrichtungen der eingangs geschilderten Art in weitem Umfang, ohne dass an dem Antrieb besondere Einstellungen erfolgen müssen. Es genügt, den Grenzstrom Jg und den Beiwert für die dJ/dt-Abhängigkeit des Relais einzustellen, um eine Anpassung an die Wirkung der bewegten Massen und den Getriebewirkungsgrad zu erreichen.
Das J- und dJ/dt-abhängige Relais ist von Natur aus nicht in der Lage, extrem grosse Stromänderungswerte zu beherrschen. Es ist daher notwendig, dieses Stromänderungsgebiet zu vermeiden. Dies geschieht in einfachster Weise dadurch, dass in die Antriebskette ein elastisches Glied eingefügt wird, doch kann diesem Glied eine verhältnismässig steile Elastizitätskennlinie zugeordnet werden, so dass der bauliche Aufwand gegenüber dem bei den bekannten Antrieben bescheiden bleibt.
Die Erfindung betrifft demnach einen Antrieb für Einrichtungen, bei denen es auf die Einhaltung einer gewünschten Schliesskraft od. dgl. ankommt und wobei der elektrische Antriebsmotor in Abhängigkeit von der Stromaufnahme durch ein Relais abgeschaltet wird und ist dadurchgekennzeichnet, dass
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das Relais ein J- und dJ/dt-abhängiges Relais ist, welches in Abhängigkeit vom Stromanstieg vor dem er- reichen des eingestellten Grenzstromes anspricht und daher umso früher schaltet, je rascher der Strom- anstieg erfolgt, und dass in der Antriebskette zwischen Motor und Absclùussorgan ein reibungselastiscl1es
Glied oder eine Selbsthemmung und ein elastisches Glied eingefügt sind.
i Wie weit mit dem erfindungsgemässen Antrieb das angestrebte Ziel erreicht wird, geht aus nach- stehend beschriebenem Versuch hervor. Bei einer mit dem erfindungsgemässen Antrieb ausgestatteten
Spindelpresse wurde der bewegliche Pressbacken gegen auswechselbare elastische Unterlagen gefahren, denen eine Messdose aufgelegt war. Der in der Messdose beim Auftreffen des beweglichen Backens ent- standene Druck wurde mittels eines Manometers gemessen.
Benutzt man zur Kennzeichnung des Grades der Elastizität, die dem gesamten System innewohnt, das
Verhältnis K = dM/dcp, wobei M das Drehmoment an der Spindel und so der Formjnderungsdreh-
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dass die Motorabschaltung bei einem angezeigten Druck von 80 a. erfolgen sollte. Nach dem Ausschalten der dJ/dt-Abhängigkeit, also bei reiner J-Abschaltung, ergab sich jedoch bei weicher Unterlage (K = 0, 7 kgm) ein Druck am Manometer von 90 at, bei harter Unterlage (K = 10 kgm) ein Druck von 140 at.
Bei zugeschalteter dJ/dt-Abhängigkeit und Einstellung der grössten Empfindlichkeit hiefür ergaben
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hängigkeit auf eine geringere Empfindlichkeit konnte erreicht werden, dass sowohl bei weicher als auch bei harter Unterlage der Druck annähernd gleich hoch, nämlich 80 at war.
Bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform sitzt auf dem Gehäuse 1 einer Armatur ein Antrieb auf, der im wesentlichen aus Flanschmotor 3, Schnecke 4, Schneckenrad 5 sowie Hohlwelle 6, Mutter 7 und der das Abschlussorgan tragenden steigenden Spind & l 8 besteht. Die Mutter 7 ist in einem mit der Hohlwelle 6 fest verbundenen Gehäuse 9 verschiebbar, aber gegen Drehtmggesichert untergebracht und stützt sich mittels Tellerfedern 10 und 11 axial ab.
Gelangt das Absperrorgan in eine seiner Endstellungen oder trifft es zwischen den Endstellungen auf
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schen Kennlinie der Tellerfedern 10 bzw. 11 so frühzeitig den Antriebsmotor ab, dass von dem Zeitpunkt an, in dem die bewegten Massen zum Stillstand kommen, der gewünschte Anpressdruckzwischen Abschlussorgan und dessen Sitz in der Armatur gerade erreicht ist.
Hiebei kommt es nicht auf eine bestimmte Kennlinie der Tellerfedern 10 bzw. 11 an, weil bei einer grösseren Steifheit der Federn die Stromaufnahme rascher steigt und daher das Relais früher den Motor abschaltet, so dass im Endergebnis der gleiche Anpressdruck erzielt wird.
Bei dieser Ausbildungsform-des elastischen Gliedes in der Antriebskette ist eine Selbsthemmung zwischen Mutter 7 und Spindel 8 Voraussetzung. Der Vorteil dieser Ausführungsform besteht vor allem darin, dass der gesamte Antrieb bis zum Abschlussorgan geschützt ist.
Bei dem in Fig. 5 dargestellten Antrieb wird vom nicht gezeigten Motor die Schnecke 101 in Drehung versetzt, welche mit einem Schneckenrad 102, das auf der Welle 103 gelagert ist, zusammenwirkt. Auf dem Schneckenrad 102 ist ein Ring 104 mit Klauen 105 aufgesetzt, die
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der Welle 103 verschiebbar gelagert, aber gegen Drehung gesichert.
Durch seine Verschiebung nach oben kann die Kupplung zwischen den Klauen 105 und 106 unterbrochen und dafür eine Verbindung zwischen Ring 107 und handrad 108 in gleichartiger Weise hergestellt werden. Die Welle 103 trägt an ihrem unteren Ende eine Schale 109 sowie einen Ring 110, der zusammen mit einer Kappe 111 und ringförmigen Kupplungslamellen 112 eineRutschkupplung bildet. Die Kappe 111 ist mit einer Stange 113 fest verbunden, welche die Welle 103 durchsetzt und sich über Muttern 114 und Federn 115 an der Stirnseite der Welle 103 abstützt.
Durch Verdrehen der Muttern 114 kann die Vorspannung, unter der die Kupplungslamellen stehen, verändert werden. Die Lamellen greifen abwechselnd in eine Nut 116 des Ringes 110 und in Schlitze 117 einer Hülse 118 ein. Diese sitzt fest auf der Abtriebswelle 119 und ist mittels einer Torsionsschraubenfeder 120 mit der Schale 109 verbunden.
Erhöht sich das Drehmoment an der Welle 119 über das an der Rutschkupplung eingestellte Mass, so tritt zwischen den Wellen 103 und 119 ein Schlupf auf, der zu einer zunehmenden Spannung der
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aus konstruktiven Gründen angeordnet werden muss. Bei dem in Fig. 5 gezeigten Antrieb ist das Schnek- kengetriebe 101,102 nicht selbsthemmend. Würde keine Rutschkupplung vorgesehen sein, so würde die gespannte Feder 120 eine Bewegungsumkehr der Welle 103 und nach Entspannung der Fe- der 120 auch eine Bewegungsumkehr der Welle 119 hervorrufen, wodurch der Schliessdruck ganz oder teilweise aufgehoben wird. Ohne Rutschkupplung würde somit ein gedämpfterSchwingungsvorgang entstehen.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Antrieb für Einrichtungen, bei denen es auf die Einhaltung einer gewünschten Schliesskraft od. dgl. ankommt und bei dem der elektrische Antriebsmotor in Abhängigkeit von derStromaufnahme durch ein
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Relais ist, welches in Abhängigkeit vom Stromanstieg vor dem Erreichen des eingestellten Grenzstromes anspricht und daher umso früher schaltet, je rascher der Stromanstieg erfolgt, und dass in der Antriebskette zwischen Motor und Abschlussorgan ein reibungselastisches Glied oder eine Selbsthemmung und ein elastisches Glied eingefügt sind.