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Die Erfindung bezieht sich auf einen Stellantrieb gemäss dem Oberbegriff von Patentanspruch
1.
Beispielsweise zur Steuerung der Wasserzufuhr zu Schneekanonen werden Ventile oder Schieber verwendet, die unmittelbar an der jeweiligen Schneekanone im freien Gelände frostge- schützt im Boden vorgesehen sind, allerdings in der Regel weitab von einer Zentrale zum Warten und/oder Steuern der Schneekanonen einer Skiabfahrt.
Bekannt ist ein elektrohydraulischer Stellantrieb für Turbinenventile, und zwar insbesondere für
Regelventile bei Dampfturbinen (EP 0 055 351 A1).Der bekannte Stellantrieb umfasst u. a. eine hydraulische Kolben-Zylinder-Anordnung, die einen hydraulischen Stellzylinder bildet und deren Kolben den Öffnungsgrad eines Turbinenventils steuert und den Innenraum eines Zylinders der Kolben-Zylinder-Einheit in zwei Kammern unterteilt. Zum schnellen Schliessen des Turbinenventils ist der Kolben durch Federmittel für eine Bewegung in einer ersten, das Schliessen der Turbinen- ventile bewirkenden Stellrichtung vorgespannt.
Weiterhin ist eine Verbindung zwischen den beiden Kammern des Zylinders vorgesehen, und zwar mit einer elektrisch betätigbaren Steuerventilan- ordnung in der Weise, dass beim Öffnen der Verbindung durch Entlastung des Kraftspeichers bzw. der Federmittel die Bewegung des Kolbens des Stellzylinders in der das Schliessen des Turbinen- ventils bewirkenden Stellrichtung erfolgt.
Bekannt ist weiterhin eine Kolben-Zylinder-Anordnung (DE 197 10 949 A1), die zur Erzielung einer zunächst schnellen Zustellungsbewegung für den Kolben bzw. die Kolbenstange und einer hohen Kraft an der Kolbenstange insgesamt drei Kammern aufweist, und zwar eine erste Kammer, die zwischen einem Ringkolben und einem ersten Zylinder gebildet ist, eine zweite Kammer, die zwischen einem zweiten, mit dem ersten Zylinder fest verbundenen Kolben und einer als zweiter Zylinder ausgebildeten Kolbenstange des ersten Kolbens gebildet ist, sowie mit einer dritten Ring- kammer, die zwischen der Aussenfläche des zweiten Zylinders und der Innenfläche des ersten Zylinders gebildet ist. Im ersten Zylinder sind Verbindungen zwischen der ersten Kammer und der zweiten Kammer sowie zwischen der zweiten Kammer und der dritten Kammer gebildet.
In diese Verbindungen sind als Rückschlagventile ausgebildete Steuerventile vorgesehen.
Bekannt ist weiterhin eine Kolben-Zylinder-Anordnung (US 3 315 768 A), deren Kolbenstange in unterschiedlichen Stellungen fixiert werden kann. Diese bekannte Anordnung weist hierfür zwei jeweils durch Kolben in ihrem Volumen veränderbare Kammersysteme auf, die mit einer hydrauli- schen Flüssigkeit gefüllt sind und über eine ein Sperrventil aufweisende Verbindung miteinander in Verbindung stehen. Bei geöffnetem Sperrventil kann die Kolbenstange verschoben werden. Hierbei wird die hydraulische Flüssigkeit von einem Kammersystem in das andere Kammersystem gedrückt. Durch Sperren des Sperrventils wird die Bewegung der Kolbenstange blockiert.
Bekannt ist weiterhin ein Stellantrieb für ein Regelventil (EP 0 430 089 A1), bei dem in einem Hauptzylinder ein Hauptkolben axial verschiebbar vorgesehen und durch Federmittel für eine Bewegung in einer ersten Stellrichtung vorgespannt ist. Die beiden durch den Hauptkolben im Hauptzylinder gebildeten Kammern für eine hydraulische Flüssigkeit sind über eine Verbindung miteinander verbunden, in der hydraulisch steuerbares Ventil vorgesehen ist, welches nach dem Öffnen einen Fluss des hydraulischen Mediums zwischen den beiden Kammern des Hauptzylinders ermöglicht und damit unter Entspannen der Federmittel ein Bewegen des Hauptkolbens bzw. dessen Kolbenstange in der Stellrichtung.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Stellantrieb aufzuzeigen, der eine motorische Steuerung eines Funktionselementes, insbesondere auch eines Schiebers oder eines Ventils mit hoher Betriebssicherheit ermöglicht. Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Stellantrieb entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet.
Bei dem erfindungsgemässen Stellantrieb ist das Stellglied zwischen wenigstens einer ersten Stell-Position und wenigstens einer zweiten Stell-Position bewegbar und durch wenigstens ein Federelement in die erste Position vorgespannt. Durch die Hydraulik-Pumpe, die von dem Antriesbelement angetrieben wird, ist dann das Stellglied durch Beaufschlagung der ersten Kammer der ersten Kolben-Zylinder-Einheit mit zusätzlicher hydraulischer Flüssigkeit aus der ersten Position gegen die Wirkung des wenigstens einen Federelementes in die zweite Position bewegbar, oder aber durch einen Antrieb des Antriebselementes in entgegengesetztem Sinne durch Abführen von hydraulischer Flüssigkeit aus der ersten Kammer unter Entspannen des Federelementes wiederum in die erste Position zuruckbewegbar.
Im Normalbetrieb ist die zweite
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Verbindung durch die Steuerventilanordnung geschlossen.
Durch die erste, über die Steuerventileinrichtung gesteuerte Verbindung kann die erste Kammer beispielsweise im Notfall in den Speicher- oder Aufnahmeraum für die hydraulische Flüssigkeit entlastet werden, so dass dann auch ohne das Antriebselement ein Zurückbewegen des Stellgliedes in die erste Position erreicht wird, und zwar durch die Federkraft.
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figur, die in vereinfachter prinzipieller Darstellung eine Stellantrieb gemäss der Erfindung zeigt, näher erläutert.
Der in der Figur dargestellte Stellantrieb dient zum Öffnen und Schliessen eines Ventils, von dem lediglich der Schliesskegel 2 gezeigt ist und welches zur Steuerung der Wasserversorgung einer ebenfalls nicht dargestellten Schneekanone dient, d. h. zum Anschalten und Abschalten dieser Wasserversorgung. Das Ventil ist in der Nähe der Schneekanone frostsicher im Boden installiert.
Der Stellantrieb 1 besteht aus einem äusseren ersten Zylinder 3, der ortsfest montiert ist und in welchem ein erster Kolben 4 in Zylinderlängsrichtung L verschiebbar geführt ist An der einen Seite des ersten Kolbens 4 ist eine achsgleich mit der Zylinderachse L angeordnete Kolbenstange 5 befestigt, die durch den bei der Darstellung der Figur am unteren Ende des Zylinders 3 vorgesehenen Zylinderdeckel 6 abgedichtet hindurchgeführt ist. An der der Kolbenstange 5 gegenüberliegenden Seite des ersten Kolbens 4 ist eine als zweiter Hohlzylinder 7 mit kreis- förmigem Innen- und Aussenquerschnitt vorgesehen, der ebenfalls achsgleich mit der Zylinder- längsachse L liegt und in dem axial ein zweiter Kolben 8 verschiebbar geführt ist.
Bei der für die Figur gewählten Darstellung greift an der oberen Stirnfläche des zweiten Kolbens 8 das untere Ende einer Gewindespindel 9 an, die achsgleich mit der Längsachse L liegt und in einem Lager 10, welches an dem dem ersten Kolben 4 abgewandten, oberen Ende des zweiten Zylinders 7 vorge- sehen ist, in Richtung der Längsachse L verschiebbar geführt ist. In das Gewinde der Gewinde- spindel 9 greift das Innengewinde eines Zahnrades 11 ein, welches ebenfalls am Lager 10 drehbar gelagert ist und welches über ein Ritzel 12 von einem Elektromotor 13 angetrieben wird, der über einen Tragarm am Lager 10 befestigt ist.
Der erste Zylinder 3 besitzt an seinem in der Figur oberen Ende einen Zylinderdeckel 17, durch den der zweite Zylinder 7 abgedichtet hindurchgeführt ist, und zwar derart, dass eine Relativ- bewegung zwischen einerseits dem ersten Zylinder 3 und anderersetis dem ersten Kolben 4 mit der Kolbenstange 5 und dem zweiten Zylinder 7 möglich ist.
Im Inneren des ersten Zylinders 3 sind insgesamt drei Kammern gebildet, und zwar die erste Kammer 14 zwischen der Unterseite des ersten Kolbens 4 und dem unteren Zylinderdeckel 6, die zweite Kammer 15 innerhalb des zweiten Zylinders 7 zwischen der Unterseite des zweiten Kolbens 8 und der Oberseite des ersten Kolbens 4 und die ringartige dritte Kammer 16 zwischen der Innenfläche des ersten Zylinders 3 und der Aussenfläche des zweiten Zylinders 7, die bei der Darstellung der Figur unten durch die Oberseite des ersten Kolbens 4 und oben durch den Zylinderdeckel 17 begrenzt ist.
Weiterhin ist eine Leitung oder erste Verbindung 19 mit einem Magnetventil 20 vorgesehen, über die bei geöffnetem Magnetventil 20 eine Verbindung zwischen der ersten Kammer 14 und der dritten Kammer 16 möglich ist. In der dritten Kammer 16 befindet sich eine Druckfeder 21, die sich zwischen der Oberseite des ersten Kolbens 4 und dem oberen Zylinderdeckel 17 abstützt und dadurch den ersten Kolben 4 für eine Bewegung nach unten, d. h. in Richtung auf den unteren Zylinderdeckel 6 vorspannt, wie dies mit dem Pfeil A in der Figur angedeutet ist. Im ersten Kolben 4 befindet sich ein zweiter Durchlass 18, der die Kammer 14 und 15 ständig verbindet
Die Arbeitsweise der Stelleinrichtung lässt sich, wie folgt, beschreiben:
Im normalen Betrieb sind bei geschlossenem Magnetventil 20 die Kammern 14 und 15 mit einer hydraulischen Flüssigkeit, d. h. z.
B. mit einem Hydrauliköl ausgefüllt, wobei sich auch in der Kammer 16 ein Vorrat an hydraulischer Flüssigkeit befindet.
Durch Bewegen des zweiten Kolbens 8 auf den ersten Kolben 4 zu (Verkleinerung des Volumens der Kammer 15) bzw. durch Bewegen des zweiten Kolbens 8 weg vom ersten Kolben 4 (Vergrösserung des Volumens der Kammer 15) wird hydraulische Flüssigkeit durch den zweiten Durchlass 18 aus der zweiten Kammer 15 in die erste Kammer 14 verdrängt bzw. aus dieser abgeführt, was ein axiales Verschieben des ersten Kolbens 4 zur Folge hat, und zwar gegenläufig zur Bewegung des zweiten Kolbens 8. Wegen der grösseren wirksamen Kolbenringfläche des
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ersten Kolbens 4 ist hierbei der Bewegungshub des ersten Kolbens 4 aber kleiner als der Bewegungshub des zweiten Kolbens 8.
In einer oberen Stellung des zweiten Kolbens 8 ist soviel an hydraulischer Flüssigkeit aus der ersten Kammer 14 in die zweite Kammer 15 gelangt, dass über die Feder 21 der Schliesskegel 2 bzw. das Ventil in der geschlossenen Stellung gehalten wird (erste Stell-Position). Zum Öffnen des Ventils wird der Kolben 8 durch entsprechenden Antrieb über den Motor 13 und die Spindel 9 auf den ersten Kolben 4 zu bewegt, wodurch hydraulische Flüssigkeit aus der zweiten Kammer 15 durch den zweiten Durchlass 18 in die erste Kammer 14 verdrängt wird, was zu einer Vergrösserung des Volumens der ersten Kammer 14 und damit zu einer Bewegung des ersten Kolbens 4 und der Kolbenstange 5 entgegen dem Pfeil A und entgegen der Wirkung der Feder 21 und damit auch zu einem Öffnen des Schliesskegels 2 bzw. des Ventils führt (zweite Stell-Position).
Durch entsprechendes Bewegen des zweiten Kolbens 8 ist somit ein Öffnen und Schliessen des Ventils durch den hydraulischen Antrieb möglich.
Im Störfall, beispielsweise bei einem Ausfall des Elektromotors 13 oder der Stromversorgung für diesen Elektromotor, ist dennoch ein Schliessen des Schliesskegels 2 bzw. des Ventils möglich, und zwar dadurch, dass das Magnetventil 20 öffnet und so eine Entlastung oder Verbindung der ersten Kammer 14 zur dritten Kammer 16 bewirkt, womit über die sich entspannende Feder 21 eine Bewegung der Kolbenstange 5 in Richtung des Pfeiles A erfolgt und damit der Schliesskegel 2 bzw. das Ventil geschlossen wird.
Bei jeder axialen Bewegung des ersten Kolbens 4 bzw. der Kolbenstange 5 werden auch das Lager 10 und der an diesem Lager vorgesehene Antrieb mit dem Elektromotor 14 axial mit bewegt.
Das Magnetventil 20 ist vorzugsweise so ausgeführt, dass es im Ruhezustand geöffnet und durch einen Haltestromkreis solange geschlossen ist, solange auch die Versorgungsspannung für den Elektromotor 13 zur Verfügung steht.
Nach einem Notabschalten kann der Stellantrieb 1 wieder in den Normalzustand gebracht werden, und zwar dadurch, dass bei weiterhin geöffnetem Magnetventil 20 und bei durch die Feder 21 geschlossenem Schliesskegel 2 bzw. Ventil zunächst durch Nach-Oben-Bewegen des zweiten Kolbens 8 aus der ersten Kammer 14 hydraulische Flüssigkeit in die sich vergrössernde zweite Kammer 15 angesaugt wird, wobei über die erste Verbindung 19 hydraulische Flüssigkeit aus der dritten Kammer 16 in die erste Kammer 14 nachfliesst. Hat der zweite Kolben 8 die Position erreicht, die der normalen Schliessposition entspricht, wird das Magnetventil 20 geschlossen.
Nun kann durch Nach-Unten-Bewegen des zweiten Kolbens 8 und durch das hierbei auftretende Verdrängen der hydraulischen Flüssigkeit aus der zweiten Kammer 15 in die erste Kammer 14 das Ventil geöffnet werden, und zwar durch Bewegen des ersten Kolbens 4 und der Kolbenstange 5 entgegen dem Pfeil A und entgegen der Feder 21.
Die Erfindung wurde voranstehend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne dass dadurch der der Erfindung zugrundeliegende Erfindungsgedanke verlassen wird.
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