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Die Erfindung betrifft eine Dämpfungseinrichtung für einen Sicherheitsantrieb eines Stellan- triebs für eine Armatur oder dergl. Stellglied, wobei der Sicherheitsantrieb in einem Störfall, bei einem Energieausfall, zur Stellung des Stellgliedes in eine vorgegebene Sicherheitsstellung unter Dämpfung durch die Dämpfungseinrichtung aktivierbar ist, welche Dämpfungseinrichtung einen Energiewandler aufweist.
Stellantriebe, insbesondere elektrische Stellantriebe, gegebenenfalls aber auch hydraulische oder pneumatische Stellantriebe, dienen insbesondere zur Betätigung von Armaturen, wie Schie- bern, Klappen oder dergl. Steuerorganen in Medienleitungen, etwa im Bereich von Kraftwerken, Raffinerien, in der Papier- und Zellstoffindustrie, Abwasserreinigung usw. Diese Stellantriebe können dabei beispielsweise als Schubantriebe, Schwenkantriebe oder Drehantriebe ausgeführt sein und enthalten einen elektrischen Motor, dessen Drehbewegung über Getriebeeinrichtungen in eine gewünschte Stellbewegung (z. B. geradlinige Antriebsbewegung, Schwenkbewegung oder Drehbewegung) umgesetzt wird. Zusätzlich ist in derartigen Stellantrieben ein Sicherheitsantrieb mit einem mechanischen Energiespeicher, insbesondere in Form von Federn, wie einer Torsions- feder, vgl.
US 4 757 684 A, oder Tellerfedernpakete, gegebenenfalls aber auch z. B. in Form von Fallgewichten, eingebaut, um im Falle einer Störung, wenn die Antriebskraft des Motors bzw. dessen Haltekraft (oder aber die Haltekraft einer zugeordneten elektrischen Bremseinheit) ausfällt, das Stellglied in eine vorgegebene Sicherheitsstellung (z. B. "offen" oder aber "geschlossen") zu überführen. Dies würde ohne Dämpfung mehr oder weniger schlagartig geschehen, was unter anderem zu einem starken Rückschlag beim Auftreten des bewegten Teils auf einen Anschlag, z. B. eines Ventilkörpers auf einen Ventilsitz, führt.
Um ein derartiges "Explodieren" der Stellge- schwindigkeit bzw. exorbitant hohe Drehzahlen im Sicherheitsfall (sog. "Fail-Safe"-Fall) bei gerin- gen Momenten zu verhindern, werden Dämpfungseinrichtungen vorgesehen, die derzeit regelmä- #ig durch Öldämpfer mit Geschwindigkeits-proportionaler Dämpfungscharakteristik realisiert wer- den. Derartige Öldämpfer sind jedoch nicht nur relativ aufwendig in der Herstellung und Wartung, sie ermöglichen auch nur in äusserst geringem Masse die Erzielung spezieller Dämpfungskennlinien, wie sie vielfach erwünscht wären.
Ziel der Erfindung ist es daher, eine Dämpfungseinrichtung wie eingangs angegeben vorzuse- hen, die konstruktiv einfach und platzsparend sowie wartungsfreundlich ist, und die die Festlegung der verschiedensten Dämpfungscharakteristika im Hinblick auf eine individuelle Adaptierung der Dämpfung für den jeweiligen Stellantrieb ermöglicht.
Die erfindungsgemässe Dämpfungseinrichtung der eingangs angeführten Art ist dadurch ge- kennzeichnet, dass der Energiewandler einen mit dem Sicherheitsantrieb verbundenen elektri- schen Generator zur Umwandlung von Bewegungsenergie in elektrische Energie und eine mit dem Generator verbundene elektrische Last zur Umwandlung von elektrischer Energie in Wärmeener- gie aufweist.
Anders als bei den bekannten Öldämpfem, wo Bewegungsenergie mit Hilfe von Verdrängern und Drosseln "vernichtet" wird, d. h. in Wärmeenergie umgewandelt wird, wird beim vorliegenden Konzept ein elektronischer Dämpfer realisiert, bei dem vom Generator, der vom Sicherheitsantrieb im Störfall angetrieben wird, ein elektrischer Strom erzeugt, der einer elektrischen Last zugeführt wird, wo zur Dämpfung eine Wärmeverlust-Leistung produziert wird, wobei der Generator gebremst wird. Dabei kann durch entsprechende Auslegung der elektrischen Last auf einfache Weise eine spezielle Dämpfungscharakteristik erzielt werden, und die Ausbildung dieses elektronischen Dämp- fers insgesamt ist vergleichsweise einfach, sauber und platzsparend.
Dabei kann an sich ein eigener Generator eingesetzt werden, für eine zusätzliche Vereinfachung wird jedoch ein Mo- tor/Generator mit Permanenterregung oder mit Selbsterregung verwendet, der zugleich den Motor für den elektrischen Stellantrieb bildet. Dadurch wird eine weitere Platzeinsparung erzielt, da der Motor/Generator an sich bereits für den Stellantrieb benötigt wird, und als zusätzliche Komponen- ten für die Dämpfungseinrichtung nur mehr elektronische Komponenten erforderlich sind, welche mit geringstem Aufwand im jeweiligen Stellantrieb integriert werden können.
Ein wesentlicher Vorteil des vorliegenden elektronischen Dämpfers ist auch, dass im Vergleich zu Öldämpfern grössere Einstellbereiche erzielbar sind, wobei insbesondere die Dauer der Stellzeit im Störfall (die sog. fail-safe-Zeit) lange sein kann; lange Verstellzeiten sind hingegen bei Öldämp- fem kritisch bzw. nicht möglich. Andererseits kann es bei einem zu schnellen Schliessen in Leitun- gen zu sog. Wasserschlag-Effekten kommen.
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Aus schaltungstechnischen Gründen sowie aus Gründen einer einfachen Dämpfungseinstel- lung ist es weiters vorteilhaft, wenn die elektrische Last vom Generator über eine Gleichrichter- schaltung gespeist wird. Dabei kann die Gleichrichterschaltung je nach Ausbildung des Generators mit einem einfachen Gleichrichter, mit einem Zweiweg-Gleichrichter oder aber auch, im Fall eines Dreiphasen-Systems, mit sechs Gleichrichtern ausgebildet sein.
Zum Einstellen der Dämpfung je nach Anwendungsfall könnte an sich jeweils eine passende elektrische Last in der Dämpfungseinrichtung angebracht werden. Im Hinblick auf einen einfachen, einen nachträglichen Einbau der elektrischen Last erübrigenden Aufbau der Dämpfungseinrichtung ist es jedoch vorteilhaft, wenn die Wärmeverlustleistung der elektrischen Last einstellbar ist. Im einfachsten Fall wäre zur Einstellung der Wärmeverlustleistung beispielsweise ein Potentiometer möglich. Um jedoch für die spezifische Einstellung der jeweiligen Dämpfung weitere Möglichkeiten zu haben, ist es jedoch von besonderem Vorteil, wenn der elektrischen Last ein Dämpfungs- Steuerkreis mit Einstellelementen zugeordnet ist. Dabei ist es zur Erzielung eines einfachen Schut- zes für den Generator zweckmässig, wenn der Steuerkreis ein Strombegrenzer-Einstellelement aufweist.
(Das Drehmoment des Generators ist eine Funktion des Stromes. ) Zur Stabilisierung der Drehzahl (die proportional zur Spannung ist) kann ein spannungsabhängiges Einstellelement, z. B. eine Zenerdiode, vorgesehen werden. Weiters kann, um die Dämpfung erst ab einer bestimmten Drehzahl wirksam werden zu lassen, mit Vorteil vorgesehen werden, dass der Steuerkreis ein Dämpfungsbeginn-Einstellelement, beispielsweise ein Anfangsspannungs-Einstellpotentiometer in einer Vergleichsschaltung aufweist. Dabei macht man sich den Umstand zu Nutze, dass die vom Generator abgegebene Spannung eine lineare Funktion der Drehzahl ist.
Um die Geschwindigkeit, mit der die Dämpfung der vorliegenden Dämpfungseinrichtung wirk- sam wird, je nach Anwendungsfall einfach einstellen zu können, ist es günstig, wenn der Steuer- kreis ein Einstellelement zur Einstellung der Steigung einer Dämpfungs-Kennlinie aufweist. Bei einer flachen Steigung erfolgt eine sanfte Dämpfung, bei einer steilen Kennlinie ist die Dämpfung "hart".
Die Dämpfungseinrichtung mit den vorstehenden Einstellelementen kann ohne weiters mit her- kömmlichen Schaltungskomponenten, insbesondere mit Potentiometern und Operationsverstär- kern, aufgebaut werden. Für eine besonders wirksame Einstellung und Steuerung der Dämpfung, wobei auch automatisch Informationen über den Generator bzw. Motor/Generator verarbeitet werden, ist es von Vorteil, wenn der Steuerkreis durch einen Mikrocomputer mit zumindest einem Parametrierungs-Eingang gebildet ist. Mit einem derartigen Mikrocomputer kann über dessen Eingang je nach Stellantrieb und Armatur eine entsprechende Parametrierung vorgenommen werden, wobei die so eingegebenen Einstellwerte oder Parameter im Speicher des Mikrocompu- ters abgespeichert werden.
Diese Parametrierung kann dabei den Beginn der Dämpfung, die Steigung der Dämpfungskennlinie sowie den Wert, bei dem die Drehzahl-Stabilisierung erfolgt, abhängig vom verwendeten Generator beinhalten. Zusätzlich können wie erwähnt automatisch Generator-Daten bzw. Motor/Generator-Daten verwendet werden, wobei es insbesondere vorteil- haft ist, wenn der Mikrocomputer als Subsystem an einen, Motor-spezifische Daten liefernden Masterelektronikkreis angeschlossen ist. Ein derartiger Masterelektronikkreis ist regelmässig vor- handen und dem elektrischen Motor des Stellantriebs zu dessen Ansteuerung im Normalbetrieb zugeordnet.
Bei den vorbeschriebenen Dämpfungseinrichtungen kann somit in der Praxis immer eine be- stimmte Dämpfung erreicht werden, indem ein bestimmter Strom vom Generator gezogen und durch Umwandlung in Wärmeenergie in der elektrischen Last vernichtet wird.
Eine besonders einfache Dämpfungsschaltung, allerdings mit bloss beschränkten Einstellmög- lichkeiten, kann erzielt werden, wenn die elektrische Last durch zumindest eine Zenerdiode gebil- det ist. Eine derartige Zenerdiode beschränkt die Spannung nach oben, und es kann so beispiels- weise festgelegt werden, dass bis zu einer Spannung von angenommen 120 Volt keine Dämpfung erfolgt und ab dieser Spannung, der Zenerspannung der Zenerdiode, ein sehr starker Dämpfungs- effekt und somit eine Drehzahl-Stabilisierung erfolgt.
Die Erfindung betrifft auch einen Stellantrieb mit einer Dämpfungseinrichtung wie vorstehend angegeben, wobei die im Stellantrieb vorhandenen Getriebeelemente nicht-selbsthemmend sind.
Weiters ist es im Falle, dass der Generator der Dämpfungseinrichtung durch den Motor/Generator des elektrischen Stellantriebs selbst gebildet ist, d. h. durch einen Motor mit Selbst- oder Perma-
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nenterregung, von besonderem Vorteil, wenn der Motor/Generator über einen elektrisch betätigten Umschalter im Normalbetrieb mit einem Motorsteuerkreis und im Störfall, bei Energieausfall, mit der elektrischen Last verbunden ist. Der Umschalter kann dabei ein Relais oder Schütz sein, wobei in der Ruheposition die Verbindung vom Motor/Generator zur elektrischen Last hergestellt wird. Im Fall eines Stromflusses wird der Umschalter in seine Arbeitsstellung gebracht, in der der Mo- tor/Generator an den Motorsteuerkreis, z. B. mit einem Frequenzumsetzer, angeschaltet ist.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von in der Zeichnung veranschaulichten bevorzugten Ausführungsbeispielen, auf die sie jedoch nicht beschränkt sein soll, noch weiter erläutert. Es zeigen : Fig. 1 schematisch einen elektrischen Spindelantrieb mit linear bewegter Spindel zur Betä- tigung einer nicht näher dargestellten Armatur ; Fig.1A einen Teil dieses Spindelantriebs im Axial- schnitt und in grösserem Massstab; Fig.2 in einer schematischen Darstellung einen Spindelantrieb mit einer 90 -Stellbewegung; Fig.3 ein Blockschaltbild einer elektronischen Dämpfungseinrichtung für den Stellantrieb von Fig. 1 oder Fig.2; Fig. 4 ein Detail-Schaltbild der Gleichrichterschaltung dieser Dämpfungseinrichtung;
Fig.5 ein detaillierteres Schaltbild der Spannungsversorgungs- Schaltung zur Eigenversorgung der Dämpfungseinrichtung ; ein detaillierteres Schaltbild eines mit diskreten Bauelementen aufgebauten Steuerkreises einer solchen Dämpfungseinrichtung; Fig.7 eine typische Dämpfungs-Kennlinie; und Fig. 8 ein Schaltbild einer einfachen elektronischen Dämp- fungseinrichtung für einen Stellantrieb gemäss Fig. 1 oder 2.
In Fig. 1 und 1A ist ein elektrischer Stellantrieb 1 in Form eines Schubantriebs gezeigt, welcher über einen Armaturen-Anschlussflansch 2 an einem Gehäuse einer Armatur (nicht gezeigt) befes- tigt wird. Dieser Anschlussflansch 2 ist mit einem "Linear"-Gehäuse 3 fest verbunden, mit dem ein seitlich abstehendes Gehäuse 4 fest verbunden ist, das einen Antriebsmotor 5 samt zugehöriger Motorbremse und Dämpfungseinrichtung aufnimmt. Dieser Motor 5 treibt über eine nicht- selbsthemmend ausgeführte Motorschnecke 6 und ein Überlagerungs-Getriebe (nicht-selbst- hemmendes Planetengetriebe) 7 eine ebenfalls nicht-selbsthemmend ausgeführte Planeten- Rollenspindel 8 an, die eine Spindelmutter 9 axial durchsetzt. Für die Spindel 8 ist weiters eine Axiallagerung 10 vorgesehen.
Die Spindelmutter 9 ist, wie mit einem Doppelpfeil in Fig.1 ersichtlich, linear bewegbar, und sie ist gegenüber dem Gehäuse 3 verdrehgesichert. An die Spindelmutter 9 ist unterseitig ein Schub- rohr 11 angeschlossen, welches mit einem Spindelanschluss 12 zur Verbindung mit der Spindel der Armatur (nicht gezeigt) versehen ist.
Dieses Schubrohr 11ist aussen von einem mechanischen Sicherheitsantrieb 13 umgeben, welcher beispielsweise mit einem Tellerfedernpaket 14 als me- chanischer Energiespeicher ausgebildet ist, wobei sich dieses Tellerfedernpaket 14 im gezeigten Ausführungsbeispiel einerseits am Gehäuse 3, nämlich gemäss Fig.1A am Armaturen- Anschlussflansch 2 und andererseits an einem mit der Spindelmutter 9 verbundenen Teil (gemäss Fig.1A) mit einer Druckplatte 15 am Schubrohr 11, abstützt; bei der in Fig.lA gezeigten Ausfüh- rungsform ist die Sicherheitsstellung die Offenstellung der Armatur, wobei das Tellerfedernpaket die Spindelmutter 9 nach oben drückt ;
die "Fail-Safe"-Stellung die Schliessposition ist, wäre die Druckplatte 15 im unteren Endbereich des Schubrohres 11 anzubringen, und das Tellerfedern- paket 14 würde sich mit dem anderen, oberen Ende am oberen Gehäuseflansch 2' abstützen. In beiden Fällen kann dadurch die Kraft vom Tellerfedernpaket 14 über die Druckplatte 15 und das Schubrohr 11auf die Spindelmutter 9 - entweder nach oben oder nach unten - übertragen werden.
Das Tellerfedernpaket 14 ist gemäss Fig.1A in einem Fedemtopf 16 untergebracht. Unterhalb des Anschlussflansches 2 ist ein mechanischer Endanschlag 17 am Schubrohr 11 befestigt, wobei das Schubrohr 11 mit diesem Endanschlag 17 am Anschlussflansch 2 unterseitig zur Anlage kommt, wenn sich die Spindelmutter 9 in ihrer obersten Position befindet (s. die Darstellung in Fig.1A entsprechend einer Offen-Position).
Beim vorliegenden Stellantrieb 1 gemäss Fig. 1 und 1A ist somit die Sicherheitsstellung für die Armatur die Offen-Stellung, in der die Spindelmutter 9 mit dem Schubrohr 11die in Fig.lA ersichtli- che obere Position einnimmt, in die sie vom Tellerfedernpaket 14 gedrückt wird, wenn vom Motor 5 - im Störfall, aufgrund eines Energieausfalls - keine Gegenkraft in Richtung Schliessen der Armatur aufgebracht wird und auch keine Haltekraft wirksam ist. Wesentlich ist dabei, dass alle angespro- chenen Getriebeelemente 6,7, 8,9 nicht-selbsthemmend ausgeführt sind, so dass die Kraft des Tellerfedernpakets 14 in Aufwärtsrichtung zur Aufwärtsbewegung des Schubrohres 11 führen kann.
Bei dieser Sicherheits-Aufwärtsbewegung wird auch der Motor 5 über die Motorschnecke 6
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drehend angetrieben, wobei dieser Motor 5, der beispielsweise ein permanenterregter Motor (oder ein Motor mit Selbsterregung) ist, als Generator betrieben wird, wie nachstehend noch näher anhand der Fig. 3 ausgeführt werden wird.
Der Vollständigkeit halber ist in Fig. 1 weiters noch ein aus Sicherheitsgründen vorzusehendes Handrad 18 zur händischen Betätigung der nicht gezeigten Armatur dargestellt; dieses Handrad 18 ist über eine Art Freilaufeinrichtung (Lastmomentsperre) 19 mit der Sonnenrad-Welle des Plane- tengetriebes 7 verbunden, wobei im Normalbetrieb, wenn der Motor 5 läuft, das Handrad 18 nicht angetrieben wird. Wenn jedoch händisch das Handrad 18 verdreht wird, kuppelt die Lastmoment- sperre 19 das Handrad 18 mit der Sonnenrad-Welle 20.
Schliesslich ist in Fig. 1 noch schematisch im Bereich des elektronischen bzw. elektrischen Teils, mit dem Motor 5 samt Bremse und Dämpfungseinrichtung, eine Benutzer-Schnittstelle 21 veran- schaulicht, über die elektronisch Einstellungen für den Motor 5 sowie für die Dämpfungseinrichtung vorgenommen werden können.
In Fig. 2 ist ein etwas modifizierter elektrischer Stellantrieb 1 mit einer 90 -Fail-Safe-Einrichtung gezeigt ; dabei sind Teile entsprechend solchen, wie sie auch in der Ausführung gemäss Fig. 1 und 1A vorhanden sind, mit denselben Bezugszeichen versehen, und eine neuerliche Erläuterung dieser Teile, soweit sie gleich sind und gleich wirken, kann sich nachfolgend erübrigen. Es wird daher im Folgenden nur auf die Unterschiede in der Bauweise dieses Stellantriebs 1 gemäss Fig.2 im Vergleich zu jenen gemäss Fig. 1 und 1A eingegangen.
Beim Stellantrieb 1 gemäss Fig. 2 treibt die Spindelmutter 9 über ein Abwicklungsgetriebe 22, welches eine Umsetzung auf eine 90 -Bewegung realisiert, und über eine Kupplung eine Armatu- renwelle 23 an, die in einem Gehäuseteil mit einem Armaturen-Anschlussflansch 2' an einem hier als 90 -Gehäuse 3' ausgeführten Hauptgehäuse gelagert ist. Auch hier sind alle Getriebeelemente 6,7, 8,9, 22 nicht-selbsthemmend, damit im Störfall die vom Tellerfedernpaket 14 auf die Spin- delmutter 9 ausgeübte Kraft zum einen die Armaturenwelle 23 drehend antreiben kann und zum anderen auch den permanenterregten Motor 5 antreiben kann, um diesen als Generator wirken zu lassen.
Um hierbei eine Dämpfung der Sicherheitsantriebs-Bewegung zu erreichen, ist eine elektroni- sche Dämpfungseinrichtung in Verbindung mit dem Motor/Generator 5 vorgesehen, wobei das Prinzip dieser Dämpfungseinrichtung in Fig.3 veranschaulicht ist.
Wie aus Fig.3 ersichtlich, treibt das Tellerfedernpaket 14 oder allgemein der Sicherheitsantrieb 13 über die allgemein mit 24 bezeichnete mechanische Umsetzung (vgl. die Elemente 6 bis 9 in Fig. 1 und 2) den Motor/Generator 5 an, wenn ein Störfall auftritt, in dem die den elektrischen Stellantrieb 1 (Fig. 1 und 2) antreibende elektrische Energie ausfällt. Bei einem derartigen Energie- ausfall wird ein den Motor/Generator 5 zugeordneter Umschalter 25 aus seiner in Fig.3 strichliert dargestellten Arbeitsstellung, in der der Motor/Generator 5 an eine Motorsteuerung mit Frequenz- umformer, in Fig. 3 bei 26 gezeigt, angeschlossen ist, in seine Ruhestellung gebracht, in der über einen Gleichrichter 27 eine Verbindung zu einer steuerbaren elektrischen Last 28 hergestellt wird.
In diesem Energieausfall-Betrieb treibt der Sicherheitsantrieb 13 über die Umsetzung 24 den permanenterregten Motor/Generator 5 an, so dass dieser als Generator wirkt und eine Spannung über den Gleichrichter 27 an die Last 28 abgibt. Eine in Fig. 3 weiters gezeigte elektromechanische Bremse 29, die im Normalbetrieb zum Feststellen der Position des Motor/Generators 5 und damit zum Fixieren einer Armaturen-Einstellung verwendet werden kann, ist in diesem Störfall ebenso strom- und damit funktionslos.
Der steuerbaren Last 28 ist ein Steuerkreis 30 zugeordnet, welcher über einen eigenen Span- nungsversorgungskreis 31, der an den Ausgang des Gleichrichters 27 angeschlossen ist, mit einer Gleichspannung versorgt wird. Weiters hat der Steuerkreis 30 einen Eingang 32 zur Parametrie- rung sowie einen Eingang 33 für eine externe Dämpfungscharakteristik-Vorgabe. Der Steuerkreis 30 kann beispielsweise durch einen Mikrocomputer ( C) realisiert sein, der über einen eigenen Speicher verfügt, um die eingegebenen Dämpfungsparameter zu speichern und so entsprechend den eingestellten Werten, abhängig von der Armatur, der der Stellantrieb zugeordnet ist, sowie auch abhängig vom Stellantrieb bzw. dessen Federantrieb 14 sowie von den Motor/Generator- Kennwerten die Energievernichtung in der Last 28 zu steuern.
Der Steuerkreis 30 kann dabei als Subsystem auch an einen Masterelektronikkreis 34 angeschlossen sein, der mit dem Mo- tor/Generator 5 in Verbindung steht und die entsprechenden Motordaten verfügbar hat, um sie dem
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Steuerkreis 30 zuzuleiten. Dadurch kennt der beispielsweise durch einen C realisierte Steuerkreis 30 die Spannung und die Drehzahl des Motor/Generators 5, und er kann abhängig davon die Last 28 so ansteuern, dass die gewünschte Dämpfungscharakteristik der elektronischen Dämpfungsein- richtung - die in Fig.3 insgesamt mit 35 bezeichnet ist - erhalten wird. Auf diese Weise kann durch die entsprechende Ansteuerung der Last 28 durch den Steuerkreis 30 eine bestimmte Dämpfung eingestellt werden, indem ein bestimmter Strom vom Motor/Generator 5 gezogen wird.
Die Dämp- fungscharakteristik kann dabei beispielsweise derart eingestellt werden, dass bis zu einer bestimm- ten Anfangsspannung, z.B. Vanf = 120 V, (s. auch Fig. 6 und 7) keine Dämpfung bzw. Bremsung des Motor/Generators 5 erfolgt. Je kleiner diese Anfangsspannung Varf und je steiler die Kennlinie (s. Fig.7) ist, desto kleiner bildet sich die Generatordrehzahl aus ; dadurch sind lange Stellzeiten für die Überführung der zugeordneten Armatur in die Sicherheitsstellung realisierbar, eine Funktion, die bei herkömmlichen öldämpfern praktisch nicht zu erreichen ist. Um den Motor/Generator 5 zu schützen, wird der Strom nicht weiter erhöht.
In Fig.4 ist eine spezielle Schaltung für den Gleichrichter 27 im Falle eines Dreiphasen- Motor/Generators 5 mit Permanenterregung, wie in Fig.3 dargestellt, gezeigt, wobei insgesamt sechs Gleichrichterdioden für eine Allweg-Gleichrichtung sorgen. Die vom Gleichrichter 27 abge- gebene Spannung ist mit Vgl bezeichnet. Diese Spannung Vgl wird an die Last 28 angelegt, und ebenso wird sie dem Spannungsversorgungsteil 31 zugeführt, von dem eine Ausführungsform in Fig.5 als Beispiel gezeigt ist. Dabei ist eine Zenerdiode 36 in Serie mit einem Vorwiderstand 37 geschaltet, und parallel zur Zenerdiode 36 ist ein Kondensator 38 angeschlossen, an dessen positiver Elektrode die stabilisierte Versorgungsspannung V+ für den Steuerkreis 30 abgenommen werden kann.
In Fig. 6 ist sodann ein Schaltbild eines Steuerkreises 30 samt Last 28 gezeigt, wobei als Last 28 ein Widerstand 39 in Serie mit einem Feldeffekt-Transistor (FET) 40 dient, über den der Wär- meverlust durch entsprechende Stromsteuerung eingestellt wird. Konkret ist dem FET 40 eine Stromquellenschaltung 41 zugeordnet, die einen Operationsverstärker 42 aufweist, an deren einem Eingang "-" ein dem Iststrom durch die Last 28 entsprechendes, an einem Messshunt 43 abge- nommenes Signal zugeführt wird, wogegen dem anderen Eingang "+" ein dem Sollstrom entspre- chendes Signal über einen Spannungsteiler 44 zugeführt wird. Dieser Spannungsteiler ist mit dem Ausgang eines Differenzverstärkers 45 verbunden, der ein Potentiometer 46 enthält, mit dessen Hilfe die Steigung der Dämpfungskennlinie 47 (s.
Fig.7) eingestellt werden kann, und der zwei Verstärker 47,48 enthält, deren "-"-Eingänge über das Potentiometer 46 miteinander verbunden sind.
Die "+"-Eingänge der beiden Verstärker 47, 48 des Differenzverstärkers sind an eine Potentio- meter-Schaltung 49 für die Einstellung der Anfangsspannung Vanf- ab der eine Dämpfung bewirkt wird - bzw. an einen Spannungsteiler mit Widerständen 50,51 als Mass für die Ist-Spannung, d. h. für die Drehzahl des Motor/Generators 5, angeschlossen.
Weiters ist in Fig. 6 eine Strombegrenzungs-Schaltung 52 mit einem Einstellpotentiometer 53 gezeigt, welche parallel zur Stromquellenschaltung 41 an den Ausgang des Differenzverstärkers 45 angeschlossen ist und durch entsprechende Einstellung des Potentiometers 53 als Einstellele- ment den Strom auf einen oberen Grenzwert IG (s. Fig.7) begrenzt.
In Fig.7 ist die Dämpfungs-Kennlinie 47 mit dem Beginn der Dämpfung bei der Anfangsspan- nung VAnf sowie mit der Strombegrenzung bei IG sowie mit einer vorgegebenen, mit Hilfe des Einstellelements 46 eingestellten Steigung (tan a) schematisch veranschaulicht. Ab der Anfangs- spannung VAnf, d. h. ab einer bestimmten Drehzahl des Motor/Generators 5, wird Strom gezogen und in der Last 28 vernichtet, d. h. in eine Wärmeverlustleistung umgewandelt. Ab der Anfangs- spannung Vanf steigt der gezogene Strom proportional zur Spannung V bis zur Stromgrenze IG, wobei die Breite dieses Bereichs, in dem somit die Dämpfung mit der Drehzahl des Mo- tor/Generators 5 linear ansteigt, durch die Einstellung der Steigung mit Hilfe des Potentiometer- Einstellelements 46 eingestellt werden kann.
Danach wird der gezogene Strom begrenzt, so dass das Drehmoment des Motor/Generators 5 nicht weiter steigen kann.
In Fig. 8 ist schliesslich eine ganz einfache Ausführungsform einer elektronischen Dämpfungs- einrichtung 35 gezeigt, wobei hier an den Motor/Generator 5 über den Umschalter 25 und den Gleichrichter 27 als elektrische Last 28 einfach eine Zenerdiode 54 angeschaltet ist. Diese Zener- diode 54 hat eine vorgegebene Zenerspannung von beispielsweise Uz = 120 Volt, ab der der
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Strom steil ansteigt.
Selbstverständlich ist es auch möglich, im Falle eines Dreiphasen-Motor/Generators 5 eine Sechsweg-Gleichrichtung wie in Fig. 4 gezeigt in Kombination mit einer Zenerdiode 54 zu verwen- den, wobei letztere in Fig. 4 zwischen der Gleichrichterspannung Vgl und Masse zu schalten wäre.
Mit der beschriebenen elektronischen Dämpfungseinrichtung ist es in vorteilhafter Weise mög- lich, eine Fail-Safe-Stellbewegung mit Hilfe des mechanischen Energiespeichers mit einer Dämp- fungscharakteristik zu erzielen, die mit einfachen Mitteln spezifisch auf den jeweiligen Anwen- dungsfall abgestimmt werden kann, wobei gegebenenfalls auch lange Einstellzeiten erzielbar sind.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass für Prüfzwecke die Energie kurz, etwa für ein paar Sekunden, weggeschaltet werden kann, und über eine im elektrischen Stellantrieb vorhandene Sensorik, insbesondere mit einem Weggeber, der der Spindelmutter 9 (Fig. 1 und 2) zugeordnet ist, kann festgestellt werden, ob eine "Fail-Safe"-Bewegung erfolgt. Auf diese Weise wird eine Funktionsprü- fung des Fail-Safe Antriebs in regelmässigen Zeitabständen und bei geringstem Aufwand ermög- licht.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Dämpfungseinrichtung (35) für einen Sicherheitsantrieb (13) eines Stellantriebs (1 ) für eine
Armatur oder dergl. Stellglied, wobei der Sicherheitsantrieb (13) in einem Störfall, bei ei- nem Energieausfall, zur Stellung des Stellgliedes in eine vorgegebene Sicherheitsstellung unter Dämpfung durch die Dämpfungseinrichtung (35) aktivierbar ist, welche Dämpfungs- einrichtung (35) einen Energiewandler aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ener- giewandler einen mit dem Sicherheitsantrieb (13) verbundenen elektrischen Generator (5) zur Umwandlung von Bewegungsenergie in elektrische Energie und eine mit dem Genera- tor (5) verbundene elektrische Last (28) zur Umwandlung von elektrischer Energie in
Wärmeenergie aufweist.