DE102007061868A1

DE102007061868A1 - Druckgesteuerter Schwenkantrieb mit Sicherheitsvorrichtung

Info

Publication number: DE102007061868A1
Application number: DE102007061868A
Authority: DE
Inventors: Ingo Dr. Bruchhold
Original assignee: Amg Pesch & Co KG GmbH; Amg-Pesch & Co KG GmbH
Current assignee: BRUCHHOLD, INGO, DR.-ING., 10585 BERLIN, DE
Priority date: 2007-11-26
Filing date: 2007-12-19
Publication date: 2009-05-28
Anticipated expiration: 2027-12-20
Also published as: DE102007061869A1; DE102007061868B4; DE102007061869B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen druckgesteuerten Schwenkantrieb (100; 200; 300; 400; 500; 600) mit einer Sicherheitsvorrichtung, wobei der Erfindung die Aufgabe zugrunde liegt, einen Schwenkantrieb (100; 200; 300; 400; 500; 600) zur Verfügung zu stellen, mittels welchem in einer Notsituation eine Sicherheitsstellung unabhängig von der Funktionsfähigkeit einer Antriebsdruckleitung sicher angefahren werden kann. Dazu ist innerhalb des Gehäuses (102; 202; 302; 402; 502; 602) eines Schwenkantriebes nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 eine Sicherheitsvorrichtung vorgesehen, welche mindestens folgende Elemente umfasst: a) einen Energiespeicher und b) ein Sicherheitselement (129, 131; 229, 231; 329, 331; 429, 431; 529, 531; 629, 631), mittels welchem der Energiespeicher in einem Gefahrenzustand derart aktivierbar ist, dass der Energiespeicher den Kolben (110, 112; 210, 212; 310, 312; 410, 412; 510, 512; 610, 612) unabhängig vom Funktionszustand des Antriebs in eine vorgegebene Position verfahrbar ist und/oder in der vorgegebenen Position gehalten werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft einen druckgesteuerten Schwenkantrieb mit einer Sicherheitsvorrichtung.
Schwenkantriebe werden zum Automatisieren prozesstechnischer Abläufe, zum Schalten von Industriearmaturen und bei lüftungstechnischen Anlagen zum Bewegen von Absperrklappen eingesetzt. Mit solchen Antrieben wird die Hubbewegung eines Kolbens in eine Schwenkbewegung umgesetzt. Dies kann beispielsweise mittels eines Getriebes mit einer Zahnstange und einem Ritzel oder mittels eines Getriebes aus geführten Gestängen erfolgen.
Aus der Praxis sind über Steuerleitungen betätigbare Schwenkantriebe mit doppelt wirkendem Zylinder bekannt, bei denen durch das Umschalten eines außerhalb des Schwenkantriebes angeordneten Steuerventils je eine der beiden Endlagen angefahren wird. Nachteilig an solchen Schwenkantrieben ist, dass bei Ausfall der Druckzufuhr und bei Ausfall des Steuerventils der Antrieb in undefinierter Stellung verharrt.
Aus einem Firmenprospekt der Firma Schako KG ist ein über eine Steuerleitung betätigbarer Schwenkantrieb mit einfach wirkendem Zylinder und Rückstellfeder bekannt. Bei diesem Schwenkantrieb wird außerhalb des Antriebs über einen Thermoschalter mit Schmelzlotsicherung die Temperatur überwacht. Wird eine vorgegebene Tempera tur überschritten, reißt das Schmelzlot, und ein Wegeventil unterbricht die Druckluftzufuhr zum Zylinder des Schwenkantriebs. Dadurch wird der Antrieb über die Rückstellfeder in eine Sicherheitsposition verfahren. Nach erfolgter Auslösung durch das Schmelzlot ist ein Rückverfahren des Schwenkantriebs erst möglich, nachdem die Schmelzlotsicherung ausgewechselt wurde. Bei diesem System wird zum Anfahren der Sicherheitsstellung die Antriebsdruckleitung zur Durchführung eines Druckausgleichs eingesetzt. Bei Funktionsstörungen in der Antriebsdruckleitung (z. B. Leitung abgeklemmt) oder bei Ausfall des Wegeventils kann die Sicherheitsstellung mit dem Antrieb nicht angefahren werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schwenkantrieb zur Verfügung zu stellen, mittels welchem in einer Notsituation eine Sicherheitsstellung unabhängig von der Funktionsfähigkeit einer Antriebsdruckleitung sicher angefahren werden kann.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bzw. 22.
Ein erfindungsgemäßer Schwenkantrieb umfasst ein Gehäuse, eine in dem Gehäuse gelagerte Antriebswelle, mindestens einen in dem Gehäuse vorgesehenen Zylinder, einen Energiespeicher und mindestens einen im Normalbetrieb über einen Antrieb zwischen einer ersten Endlage und einer zweiten Endlage verfahrbaren Kolben. Unter Normalbetrieb wird die übliche Verwendung eines Schwenkantriebes als Steuerelement verstanden. Der Kolben steht derart mit der Antriebswelle in Verbindung, dass eine lineare Bewegung des Kolbens in eine Schwenkbewegung der Antriebswelle umgesetzt wird. Gemäß der Erfindung ist innerhalb des Gehäuses eine Sicherheitsvorrichtung vorgesehen, welche mindestens den Energiespeicher und ein Sicher heitselement umfasst. Mit der Sicherheitsvorrichtung ist der Kolben in einer Gefahrensituation unabhängig vom Funktionszustand des Antriebs in eine vorgegebene Position verfahrbar und/oder kann in der vorgegebenen Position gehalten werden. Durch das Sicherheitselement ist sichergestellt, dass der Energiespeicher in einem Gefahrenzustand unabhängig von äußeren Einwirkungen auf oder Störungen an den Antriebsleitungen des Schwenkantriebes aktivierbar ist. Die Verwendung eines erfindungsgemäßen Schwenkantriebes ermöglicht es somit, vor dem Einbau desselben an eine Armatur oder in eine lüftungstechnische Anlage eine Sicherheitsstellung auszuwählen, welche in einer Gefahrensituation sicher anfahrbar ist. Besonders vorteilhaft ist, dass sämtliche Elemente innerhalb des Gehäuses angeordnet sind und dass ein vom Antrieb unabhängig aktivierbarer Energiespeicher vorgesehen ist, so dass die Sicherheitsvorrichtung unabhängig vom Funktionszustand des Antriebes und unabhängig von außerhalb des Gehäuses befindlichen Zuleitungen etc. ist.
In einer ersten praktischen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schwenkantriebes sollen insbesondere überhöhte Temperaturen festgestellt werden. Dazu kann als Sicherheitselement ein temperatursensibles Element in den Schwenkantrieb eingesetzt werden, welches bei Überschreiten einer bestimmten Temperatur eine Reaktion auslöst. Durch die Erfassung der Temperatur innerhalb des Schwenkantriebes werden einerseits Fälle erfasst, in denen die Temperatur durch externe Quellen, z. B. aufgrund eines Anlagenbrandes, erhöht ist. Andererseits werden auch Fälle erfasst, in welchen übermäßiger Verschleiß zu einer erhöhten inneren Reibung somit zu einer intern verursachten Temperaturerhöhung führt. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann also auch ein von außen nicht erkennbarer Verschleiß erfasst und der Antrieb gestoppt werden, bevor größere Schäden am Antrieb entstehen (Selbstschutzfunktion).
Auch aus beliebigen anderen Gründen erhöhte Prozesstemperaturen innerhalb des Antriebs können berücksichtigt werden.
In einer weiteren praktischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schwenkantriebes ist das erste Sicherheitselement im Kolben angeordnet. Dazu kann beispielsweise eine Durchgangsöffnung in der Kolbenfläche vorgesehen sein, welche mit einem temperatursensiblen Material gefüllt ist, welches die Öffnung bei Überschreiten einer vorgegebenen Temperatur freigibt. Dies hat den Vorteil, dass kein zusätzlicher Bauraum für das Sicherheitselement erforderlich ist. Ferner kann die Öffnung beliebig groß gestaltet werden und ermöglicht daher im Vergleich zu einer Ventilöffnung oder einer Druckleitungsöffnung einen schnellen Druckausgleich. Ein erfindungsgemäßer Schwenkantrieb weist aufgrund des ersten Sicherheitselementes auch kein Mehrgewicht auf, wenn in dem Kolben eine Durchgangsöffnung vorgesehen ist und diese Durchgangsöffnung mit temperatursensiblem Material gleicher oder einer geringeren Dichte wie das Kolbenmaterial gefüllt wird.
Das Sicherheitselement kann auch in einer Durchgangsöffnung innerhalb des Gehäuses angeordnet sein, wobei die Durchgangsöffnung die Druckkammern des Antriebes verbinden. Dies kann beispielsweise durch verfüllen von Kanälen im Gehäuse mit temperatursensiblem Material erfolgen.
In einer anderen praktischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schwenkantriebes ist innerhalb des Gehäuses als Sicherheitselement ein Sperrelement angeordnet, welches dazu ausgebildet ist, Normalbetrieb den Energiespeicher vom Antrieb zu entkoppeln und in einem Gefahrenzustand, z. B. bei Überschreitung einer vorgegebenen Temperatur, den Energiespeicher freizugeben und somit das Anfahren bzw. Halten einer vorgegebenen Position des Schwenkantriebs zu veranlassen. Dies hat den Vorteil, dass der Energiespeicher nur im Bedarfsfalle zum Einsatz kommt und somit im Normalbetrieb keinen Einfluss auf den Schwenkantrieb hat. Außerdem kann ein derartiger Schwenkantrieb ohne Einfluss des Energiespeichers als rein pneumatischer Antrieb mit zwei Drehrichtungen betrieben werden. Rein pneumatische Antriebe haben den Vorteil, dass diese nur sehr geringen Bauraum aufweisen und ein hohes und gleichmäßiges Drehmoment abgeben.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform eines solchen Antriebes kann der pneumatische Steuerdruck zusätzlich zum Energiespeicher zur Verfahrbewegung eingesetzt werden. So kann die Verfahrgeschwindigkeit erhöht und der Schwenkantrieb besonders schnell geschaltet werden.
Das Sicherheitselement kann formschlüssig oder kraftschlüssig mit dem Gehäuse und/oder dem Kolben verbunden sein. Als formschlüssige Verbindung eignet sich insbesondere ein Ring, welcher in eine Nut des Gehäuses, insbesondere des Gehäusedeckels, (106, 108; 206, 208; 306, 308; 406, 408; 506, 508; 606, 608) eingesetzt ist und den somit Energiespeicher blockiert. Stoffschlüssig kann das Sperrelement beispielsweise mittels Lötverbindung oder Klebeverbindung am Gehäuse fixiert sein, wobei dann sichergestellt werden sollte, dass die stoffschlüssige Verbindung bei Überschreiten einer vorgegebenen Temperatur wieder gelöst werden kann.
Vorzugsweise wird für das Sicherheitselement ein Material mit einem Schmelzpunkt zwischen 50° und 200°C, insbesondere zwischen 70°C und 120°C, verwendet. Das Material beginnt bei Überschreiten des Schmelzpunktes zu schmelzen und gibt schlagartig die Durchgangsöffnung in dem Kolben frei. Dadurch kommt es zu einem Druckausgleich, welcher eine weitere Druckbetätigung des Kolbens unmöglich macht und somit die Drucksteuerung des Kolbens "deaktiviert". Dies wiederum ermöglicht es, dass der Energiespeicher sich entladen kann und somit ein Verschieben des Kolbens initiiert.
Alternativ ist auch möglich, die Deaktivierung der Drucksteuerung zu erzielen, indem in dem Gehäuse des Schwenkantriebes mindestens ein Kanal vorgesehen ist, welcher mit temperatursensiblem Material gefüllt wird. Entscheidend ist lediglich, dass das Schmelzen bzw. Auflösen des Materials einen Druckausgleich zwischen den beiden Seiten des Kolbens ermöglicht. Das Vorsehen eines Kanals im Gehäuse hat zum einen den Vorteil, dass der Kolben selbst nicht bearbeitet werden muss. Zum anderen wird so die im Brandfall von außen eingebrachte Wärmemenge schnell vom Sicherheitselement aufgenommen, so dass das Sicherheitselement schnell anspricht. Das Sicherheitselement besteht vorzugsweise aus Lot oder Kunststoff. Diese Werkstoffe weisen einen niedrigen Schmelzpunkt auf und stehen kostengünstig als Sicherheitselemente zur Verfügung. Alternativ kann auch ein Berstkörper als Sicherheitselement verwendet werden, welcher bei Überschreitung einer bestimmten Temperatur zerstört wird. Eine weitere Alternative für ein entsprechendes Sicherheitselement ist ein Bimetall, welches bei Betriebstemperatur eine Sperrwirkung aufweist und bei Überschreitung einer bestimmten Temperatur sich so weit verformt, dass der Energiespeicher freigegeben wird.
Wenn der Schwenkantrieb auch fernsteuerbar sein soll, kann das Sicherheitselement auch mit einer Auslöseeinrichtung versehen sein, welches über eine elektrische, hydraulische oder pneumatische Anschlussleitung oder auch über eine Mechanik mit einem externen Schaltelement verbunden ist. In einer praktischen Ausführung kann in das Sicherheitselement ein Heizelement, insbesondere eine Heizspirale, mit externer Anschlussleitung eingesetzt sein. Dann kann die Sicherheitsfunktion des erfindungsgemäßen Schwenkantriebes auch aufgrund von externen Signalen aktiviert werden.
Auch der Energiespeicher wird vorzugsweise in einer dafür vorgesehenen Vertiefung des Gehäuses angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass kein zusätzlicher Bauraum für den Energiespeicher benötigt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird als Energiespeicher eine Schraubenfeder verwendet, welche im komprimierten Zustand vollständig innerhalb einer in dem Gehäuse vorgesehenen Vertiefung angeordnet ist. Wird der Schwenkantrieb so angeordnet, dass der Kolben in seiner Sicherheitsstellung nach unten verfahren werden soll, kann als Energiespeicher auch ein einfaches Gewicht verwendet werden, welches nach Deaktivierung der Drucksteuerung den Kolben aufgrund der Gravitation in die untere Position verfährt. Anstelle einer Schraubenfeder können alternativ oder in Ergänzung auch beliebige andere mechanische, hydraulische oder pneumatische Federn zum Einsatz kommen.
In einer weiteren praktischen Ausführungsform kann der Energiespeicher des erfindungsgemäßen Schwenkantriebes auch chemische Energie enthalten. Unter chemischer Energie wird in diesem Zusammenhang jegliche Energie verstanden, welche durch eine chemische Reaktion freisetzbar und dazu geeignet ist, eine Verschiebung des Kolbens zu bewirken. Da sich chemische Energie jedoch häufig nur einmal freisetzen läßt sollte beim Einsatz chemischer Energie berück sichtigt werden, dass die chemische Energie erst dann freigesetzt wird, wenn die Drucksteuerung des Kolbens deaktiviert ist.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schwenkantriebes ist innerhalb des Gehäuses ein Schwellmaterial angeordnet, welches bei Überschreiten einer bestimmten Temperatur sein Volumen mehr als verdoppelt und dadurch einer Rückbewegung des Kolbens aus der vorgegebenen Position entgegenwirkt. Auch die Reaktionstemperatur des Schwellmaterials sollte deutlich oberhalb der Temperatur liegen, bei welcher die Drucksteuerung des Kolbens deaktiviert wird. Vorzugsweise wird ein Schwellmaterial verwendet, welches erst oberhalb einer Temperatur von ca. 150°C bis 300°C sein Volumen zu vergrößern beginnt. Dadurch wird sichergestellt, dass das Schwellmaterial erst dann zum Einsatz kommt, wenn die Drucksteuerung sicher deaktiviert ist und der Kolben sich bereits in der gewünschten Sicherheitsstellung befindet.
Als Schwellmaterial besonders geeignet ist intumeszentes Material. Solches Material nimmt unter Hitzeeinwirkung deutlich an Volumen zu und gleichzeitig an Dichte ab. Es hat den Vorteil, dass es sein Volumen mehr als Verzehnfachen kann. Es ist daher möglich, ein sehr kleines Element aus intumeszentem Material in den erfindungsgemäßen Schwenkantrieb zu integrieren und gleichzeitig sicherzustellen, dass bei großer Hitzeeinwirkung, z. B. im Brandfall, das Material ein großes Volumen des Zylinders ausfüllt.
Unabhängig davon, ob intumeszentes Material oder ein sonstiges, sein Volumen vergrößerndes Material verwendet wird, ist es vorteilhaft, die Menge des Schwellmaterials so zu wählen, dass das Volumen des Schwellmaterials bei dessen voller Volumenausdehnung die Freiräume im Zylinder zu 90–100% ausfüllt. Damit ist sichergestellt, dass der Kolben sich nicht zurückbewegt und der Schwenkantrieb in der gewünschten Position gehalten wird.
Eine Ausdehnung des Schwellmaterials auf mehr als 100% ist ebenfalls möglich und führt dazu, dass das Schwellmaterial seine Dichte nicht mehr verringert, sondern den inneren Druck erhöht.
Die Erfindung ist nicht auf Schwenkantriebe mit einem Zylinder und einem Kolben beschränkt. Sie ist vielmehr auch bei Schwenkantrieben mit zwei oder mehr Kolben und auch bei Schwenkantrieben mit mehreren Zylindern einsetzbar.
Vorzugsweise werden bei erfindungsgemäßen Schwenkantrieben mit einem Zylinder und zwei gegenläufigen Kolben ein zweites Sicherheitselement und ein zweiter Energiespeicher vorgesehen, so dass sich insgesamt ein symmetrischer Aufbau ergibt. Da bei solchen Schwenkantrieben schon das Ansprechen eines Sicherheitselementes und eines entsprechenden Energiespeichers genügt, um effektiven Brand- bzw. Überhitzungsschutz zu gewährleisten, bietet ein Schwenkantrieb mit zwei gegenläufigen Kolben (Doppelkolben-Schwenkantrieb) eine besonders hohe Funktionssicherheit.
Die Erfindung lässt sich auch auf einen Gehäusedeckel für einen Schwenkantrieb oder einen Einsatz für einen Gehäusedeckel reduzieren. Ein solcher Gehäusedeckel bzw. ein Einsatz für einen Gehäusedeckel umfasst einen Energiespeicher zur Einwirkung auf ein Antriebselement eines Schwenkantriebes sowie ein Sicherheitselement, mittels welchem der Energiespeicher an einer Einwirkung auf ein Antriebselement gehindert ist und mittels welchem der Energiespeicher, z. B. in einem Gefahrenzustand oder auch prozessbedingten Situationen aktivierbar ist. Die Aktivierung kann in gleicher Weise erfolgen, wie dies zuvor im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Schwenkantrieb beschrieben wurde, d. h. insbesondere durch Temperatureinwirkung und/oder durch eine Fernaktivierung, z. B. mittels Heizspirale. Statt einer Heizspirale können auch mechanische Sperren eingesetzt werden, welche z. B. über elektrische, pneumatische, hydraulische oder mechanische Signale angesteuert werden. Die Reduzierung der Erfindung auf einen Gehäusedeckel eines Schwenkantriebes hat den Vorteil, dass derartige Gehäusedeckel grundsätzlich für jeden existierenden Schwenkantrieb herstellbar sind. So können bestehende Schwenkantriebe ohne großen finanziellen und organisatorischen Aufwand zu erfindungsgemäßen Schwenkantrieben umgerüstet werden.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
1 eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schwenkantriebes in einem ersten Zustand in einer Schnittdarstellung,
2 den in 1 gezeigten Schwenkantrieb in einem zweiten Zustand in einer Schnittdarstellung,
3 den in 1 gezeigten Schwenkantrieb in einem dritten Zustand in einer Schnittdarstellung,
4 den in 1 gezeigten Schwenkantrieb in einem vierten Zustand in einer Schnittdarstellung,
5 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schwenkantriebes in einem ersten Zustand in einer Schnittdarstellung,
6 den in 5 gezeigten Schwenkantrieb in einem zweiten Zustand in einer Schnittdarstellung,
7 den in 5 gezeigten Schwenkantrieb in einem dritten Zustand in einer Schnittdarstellung,
8 den in 5 gezeigten Schwenkantrieb in einem vierten Zustand in einer Schnittdarstellung,
9 eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schwenkantriebes in einem ersten Zustand in einer Schnittdarstellung,
10 den in 9 gezeigten Schwenkantrieb in einem zweiten Zustand in einer Schnittdarstellung,
11 den in 9 gezeigten Schwenkantrieb in einem dritten Zustand in einer Schnittdarstellung,
12 den in 9 gezeigten Schwenkantrieb in einem vierten Zustand in einer Schnittdarstellung,
13 eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schwenkantriebes in einem ersten Zustand in einer Schnittdarstellung,
14 den in 13 gezeigten Schwenkantrieb in einem zweiten Zustand in einer Schnittdarstellung,
15 den in 13 gezeigten Schwenkantrieb in einem dritten Zustand in einer Schnittdarstellung,
16 den in 13 gezeigten Schwenkantrieb in einem vierten Zustand in einer Schnittdarstellung,
17 eine fünfte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schwenkantriebes in einer Schnittdarstellung sowie
18 eine sechse Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schwenkantriebes in einer Schnittdarstellung
1 zeigt einen erfindungsgemäßen Doppelkolben-Schwenkantrieb 100 mit einem Gehäuse 102, welches aus einem Hauptteil 104, einem linken Gehäusedeckel 106 und einem rechten Gehäusedeckel 108 besteht. Der Hauptteil 104 des Gehäuses 102 weist eine zylindrische Innenkontur auf und bildet somit den Zylinder für einen ersten Kolben 110 und einen zweiten Kolben 112. Der erste Kolben 110 und der zweite Kolben 112 weisen jeweils eine Zahnstange 114, 116 auf. Die Zahnstangen 114, 116 stehen in Eingriff mit einem Zahnrad 118, welches drehfest mit der Antriebswelle 120 verbunden ist.
Sowohl im ersten Kolben 110 als auch im zweiten Kolben 112 sind Durchgangsöffnungen 128, 130 vorgesehen. Die Durchgangsöffnungen 128, 130 in den Kolben 110, 112 sind vollständig mit einem Material, z. B. Kunststoff, gefüllt, dessen Schmelztemperatur unter der Temperatur liegt, bei der erste Komponenten des Antriebes zerstört werden würden. Das Material in der ersten Durchgangsöffnung 128 ist ein erstes Sicherheitselement 129, das Material in der zweiten Durchgangsöffnung ein zweites Sicherheitselement 131 im Sinne der Erfindung.
Über eine mittlere Druckleitung 122 kann der Druck im Innenraum zwischen den Innenflächen der Kolben 110, 112 erhöht werden, um die Kolben nach außen zu verfahren. Wird der Druck im Innenraum zu diesem Zweck erhöht, sind die äußeren Druckleitungen 124, 126 geöffnet, so dass das Verfahren der Kolben 110, 112 nicht durch einen sich aufbauenden Gegendruck behindert wird. 1 zeigt den erfindungsgemäßen Schwenkantrieb am Ende eines Verfahrvorgangs der Kolben 110, 112 nach außen, bei welchem der Innenraum zwischen den Kolben 110, 112 mit Druck beaufschlagt ist. Die äußeren Druckleitungen 124, 126 sind dementsprechend noch geöffnet, was durch die Pfeile am Ende der äußeren Druckleitungen 124, 126 angedeutet ist.
Während des Verfahrens der Kolben 110, 112 nach außen werden zwei im linken Gehäusedeckel 106 bzw. im rechten Gehäusedeckel 108 angeordnete Schraubenfedern 132, 134 zusammengedrückt, so dass diese – wie in 1 gezeigt – vollständig in die in den Gehäusedeckeln vorgesehenen Vertiefungen 136, 138 hineingedrückt werden. Die Schraubenfedern 132, 134 sind Energiespeicher im Sinne der Erfindung, da diese beim Auseinanderfahren der Kolben 110, 112 zusammengedrückt werden und dadurch in diesen potentielle Energie gespeichert wird. Diese potentielle Federenergie steht in einem Brandfall zur Verfügung, um die Kolben 110, 112 bei deaktivierter Drucksteuerung wieder in die zusammengefahrene Position zu verschieben.
Im Normalbetrieb, d. h. solange keine Temperaturerhöhung auftritt, ist die Drucksteuerung aktiv. Die potentielle Energie der Schraubenfedern 132, 134 ist in diesem Zustand geringer als die Energie des von der mittleren Druckleitung 122 aufgebrachten Innendrucks.
2 zeigt den in 1 gezeigten Schwenkantrieb in einem zweiten Zustand. In diesem Zustand sind die Kolben 110, 112 ebenfalls in der äußeren Stellung, jedoch ist der Verfahrvorgang abgeschlossen. Die äußeren Druckleitungen 124, 126 sind nun geschlossen, was durch die senkrechten Abschlussstriche an diesen Leitungen angedeutet ist. Der im Zylinder vorherrschende Druck und die dadurch auf die Kolben 110, 112 wirkende Kraft sind größer als die durch die Schraubenfedern 132, 134 von außen auf die Kolben 110, 112 wirkende Federkraft. Die Kolben 110, 112 werden daher in der äußeren Position gehalten.
Das Schließen der externen Druckleitungen hat den Vorteil, dass sämtliche nachfolgenden Vorgänge unabhängig von einem externen Drucksystem durchgeführt, insbesondere auch das Anfahren einer Sicherheitsstellung bei Vorliegen einer erhöhten Temperatur.
3 zeigt den erfindungsgemäßen Schwenkantrieb in der gleichen Position wie in 2 während eines unerwünschten Temperaturanstieges, beispielsweise verursacht durch einen Anlagenbrand. Wie in 3 angedeutet, beginnt durch die auf den Schwenkantrieb einwirkende Hitze und den damit verbundenen Temperaturanstieg der in den Durchgangsöffnungen 128, 130 der Kolben 110, 112 angeordnete Kunststoff zu schmelzen. Je nach Hitzeeinwirkung bildet sich dadurch relativ schnell eine Durchgangsöffnung im Kolben aus, welche einen Druckausgleich zwischen dem Innenraum des Zylinders und den äußeren Kammern mit den abgeschlossenen Druckleitungen 124, 126 ermöglicht. Dadurch ist die Drucksteuerung der Kolben 110, 112 deaktiviert, und es wirkt keine Kraft mehr von innen auf die Kolben 110, 112. Dies führt dazu, dass die als Schraubenfedern 132, 134 ausgestalteten Energiespeicher aktiviert werden und ihre Energie abgeben können. Die Kolben 110, 112 werden so nach innen verschoben. Dadurch wird der Schwenkantrieb in die mit der inneren Position der Kolben 110, 112 korrespondierende Position gefahren. Diese Position ist in 4 gezeigt. Beim Einbau eines erfindungsgemäßen Schwenkantriebes sollte diese Position so gewählt werden, dass diese Position diejenige Position ist, welche in einem Notfall angefahren werden soll.
In den 5 bis 16 sind weitere Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Schwenkantriebes gezeigt. Die Ausführungsformen stimmen im Wesentlichen mit der in den 1 bis 4 gezeigten ersten Ausführungsform überein. Übereinstimmende Elemente sind daher im Folgenden mit um 100, 200 etc. erhöhten Bezugszeichen versehen.
Zusätzlich zu der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schwenkantriebes sind jedoch in dem linken Gehäusedeckel 206 und in dem rechten Gehäusedeckel 208 jeweils zwei Ausnehmungen 240 vorgesehen, in denen ein intumeszentes Material als Schwellmaterial 241 angeordnet ist. Das intumeszente Material füllt die Ausnehmungen 240 vollständig aus. Die Ausnehmungen sind der Größe nach so gestaltet, dass bei vollständiger Ausdehnung des intumeszenten Materials der Zylinderinnenraum vollständig ausgefüllt wird.
Die in den 5–8 gezeigten Zustände der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schwenkantriebes entsprechen den in den 1–4 gezeigten Zuständen. Wie in 8 angedeutet, beginnt das intumeszente Material sich erst dann auszudehnen, wenn der in den Durchgangsöffnungen der Kolben 110, 112 angeordnete Kunststoff die Durchgangsöffnungen 228 in den Kolben 210 212 freigegeben haben. Das intumeszente Material füllt den Innenraum des Zylinders vollständig aus und verhindert somit, dass die Kolben 110, 112 sich aus der zusammengefahrenen Position wieder in die auseinandergefahrene Position verschieben können. Das Vorsehen von intumeszentem Material oder einem anderen geeigneten Schwellmaterial 241 in dem Gehäuse stellt somit zusätzlich sicher, dass in einem Brandfall der Schwenkantrieb in der gewünschten zusammengefahrenen Position der Kolben 110, 112 verbleibt. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der Brand längere Zeit andauert und zu befürchten ist, dass die Spannkraft der Schraubenfedern 132, 134 aufgrund zunehmender Temperaturen nachlässt.
Analog zu der in den 1 bis 8 gezeigten, ersten bzw. zweiten Ausführungsform zeigen die 9 bis 16 eine dritte und eine vierte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schwenkantriebes. Eine Analogie besteht insoweit, als die vierte Ausführungsform sich dadurch von der dritten Ausführungsform unterscheidet, dass zusätzlich Vertiefungen 440 für Schwellmaterial in den Gehäusedeckeln 406, 408 vorgesehen sind.
In der dritten und vierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schwenkantriebes sind in den Gehäusedeckeln 306, 308, 406, 408 Nutrillen 342, 442 zur Aufnahme von Ringelementen 344, 444 vorgesehen. Die Ringelemente 344, 444 bestehen vorzugsweise aus dem gleichen oder einem ähnlichen Werkstoff wie die Sicherheitselemente, welcher sich auflöst und sind Sperrelemente im Sinne der Erfindung. Sie sperren die komprimierten Federn (Energiespeicher) 332, 334, 432, 434 sperren und entkoppeln somit die Wirkung der Federn vom Schwenkantrieb im Normalzustand. Die Federn kommen erst dann zum Einsatz, wenn das Sperrelement bei Überschreibung einer bestimmten Temperatur sich auflöst bzw. erweicht (siehe 11). Dann kann die Feder sich entspannen und drückt den Kolben, wie in 12 gezeigt, in die mittlere Position.
17 zeigt eine fünfte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schwenkantriebes 500. Der Schwenkantrieb 500 entspricht im wesentlichen den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen. Allerdings ist bei dieser Ausführungsform als Energiespeicher ein Gewicht 550 vorgesehen. Im Normalbetrieb des Schwenkantriebes 500 ist das Gewicht durch ein Ringelement 544 am herabfallen gehindert. Löst sich das Ringelement 544 aufgrund erhöhter Temperatur auf oder erweicht dieses, bzw. wird es alternativ durch einen Impuls über eine nicht dargestellte elektrische, pneumatische oder hydraulische Anschlussleitung gelöst, kann das Gewicht auf den Kolben 510 drücken und schiebt diesen aufgrund seines Gewichtes und der Gravitation (Pfeil g) nach unten.
18 zeigt eine sechste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schwenkantriebes 600. Dieser Schwenkantrieb 600 weist zwar einige Parallelen zu den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen, insbesondere viele identische Elemente, auf. Ein grundsätzlicher konstruktiver Unterschied besteht jedoch darin, dass kein Sicherheitselement vorgesehen ist, welches innerhalb des Antriebes einen Druckausgleich zwischen den beiden Druckkammern ermöglicht. Die sechste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schwenkantriebes 600 funktioniert wie folgt.
Im Normalbetrieb können die Kolben 610, 612 durch Beaufschlagung der äußeren Druckleitungen 624, 626 von außen nach innen und durch Beaufschlagung der inneren Druckleitung 622 von innen nach außen verfahren werden. Üblicherweise wird der Druck der inneren Druckleitung bzw. der äußeren Druckleitungen so lange aufrechterhalten, bis der nächste Schaltvorgang erfolgt. In einer Gefahrensituation, z. B. wenn sich aufgrund eines Brandes die Temperatur erhöht, schmelzen die aus Lot bestehenden Ringelemente 644 und lassen ein Entspannen der in den Vertiefungen 636, 638 der Gehäusedeckel 606, 608 angeordneten Schraubenfedern 632, 634 zu. Beim Entspannen der Schraubenfedern 632, 634 drücken diese gegen die äußeren Kolbenflächen. Die Federn 632, 634 sind so dimensioniert, dass diese die Kolben 608, 610 gegen den von der inneren Druckleitung 622 auf die Kolben 608, 610 ausgeübten Druck nach innen verschieben. Um die Bautiefe zu verringern können auch mehrere Federn in den Gehäusedeckeln 606, 608 vorgesehen sein.
Die in 18 gezeigte Ausführungsform hat den Vorteil, dass der Schwenkantrieb selbst nach Eintreten einer Notsituation schaltbar bleibt. Die Kolben 610, 612 können nämlich durch eine gezielte Druckerhöhung des Leitungsdrucks in der inneren Druckleitung 622 gegen den Widerstand der Schraubenfedern wieder in die äußere Position verfahren werden. Wurden beispielsweise die Kolben im Normalbetrieb mit einem Steuerdruck von 3 bar verfahren und die Kolben anschließend in einer Gefahrensituation durch die Federn gegen den Steuerdruck in die mittlere Position verfahren, können die Kolben mit einem erhöhten Steuerdruck, z. B. 5 bar, gegen die Federkraft wieder in die äußere Position verfahren werden. Eine solche Schaltungsmöglichkeit ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der Schwenkantrieb zur Steuerung von Lüftungsklappen eingesetzt ist und während eines Brandes Rauch durch gezieltes Öffnen von Lüftungsklappen aus einzelnen Gebäudebereichen abgezogen werden soll.
Wenn die Druckleitungen 622, 624, 626 nach jedem Schaltvorgang unmittelbar schließen und der Druck sich daher beim Verfahren der Kolben erhöht, müssen die Federn der in 18 gezeigten Ausführungsform stärker dimensioniert werden.
Kleinere Federn können verwendet werden, wenn eine Druckbeaufschlagung nur während der Schaltvorgänge selbst erfolgt und daher die Kolben 610, 612 in einer Gefahrensituation nur gegen den Reibungswiderstand der Kolben 610, 612 verfahren werden müssen.
Bei allen vorstehend beschriebenen Ausführungsformen können Heizelemente vorgesehen sein, um die Sicherheitselement über Leitungen durch äußere Signale ansteuern zu können. Dies hat den Vorteil, dass auch aufgrund von temperaturunabhängigen Ereignissen die Sicherheitsvorrichtung des erfindungsgemäßen Schwenkantriebes aktivierbar ist.
In allen beschriebenen Ausführungsformen können anstelle der beschriebenen temperatursensiblen Elemente auch sonstige steuerba re Elemente, z. B. mechanisch, pneumatisch, hydraulisch oder elektrisch verstellbare Sperren etc. eingesetzt werden. Es muss lediglich sichergestellt werden, dass die entsprechenden Elemente im Falle einer Gefahrensituation bzw. aus prozessbedingten Gründen den separaten Energiespeicher aktivieren können.

100, 200, 300, 400, 500, 600: Schwenkantrieb
102, 202, 302, 402, 502, 602: Gehäuse
104, 204, 304, 404, 504, 604: Mittelteil des Gehäuses
106, 206, 306, 406, 506, 606: linker Gehäusedeckel
108, 208, 308, 408, 508, 510: rechter Gehäusedeckel
110, 210, 310, 410, 510, 610: erster Kolben
112, 212, 312, 412, 512, 612: zweiter Kolben
114, 214, 314, 414, 514, 614: Zahnstange des ersten Kolben
116, 216, 316, 416, 516, 616: Zahnstange des zweiten Kolbens
118, 218, 318, 418, 518, 618: Zahnrad
120, 220, 320, 420, 520, 620: Antriebswelle
122, 222, 322, 422, 522, 622: mittlere Druckleitung
124, 224, 324, 424, 524, 624: äußere Druckleitung
126, 226, 326, 426, 526, 626: äußere Druckleitung
128, 228, 328, 428, 528, 628: erste Durchgangsöffnung
129, 229, 329, 429, 529, 629: erstes Sicherheitselement
130, 230, 330, 430, 530, 630: zweite Durchgangsöffnung
131, 231, 331, 431, 531, 631: zweites Sicherheitselement
132, 232, 332, 432, 632: Schraubenfeder
134, 234, 334, 434, 634: Schraubenfeder
136, 236, 336, 436, 636: Vertiefung für Energiespeicher
138, 238, 338, 438, 638: Vertiefung für Energiespeicher
240, 440: Vertiefung für Schwellmaterial
241, 441: Schwellmaterial
342, 442: Nutrillen
344, 444, 644: Ringelement
550: Gewicht

Claims

Schwenkantrieb mit einem Gehäuse, einer in dem Gehäuse (102; 202; 302; 402; 502; 602) gelagerten Antriebswelle, mindestens einem in dem Gehäuse (102; 202; 302; 402; 502; 602) angeordneten Zylinder, einem Energiespeicher und mindestens einem im Normalbetrieb über einen Antrieb zwischen einer ersten Endlage und einer zweiten Endlage verfahrbaren Kolben (110, 112; 210, 212; 310, 312; 410, 412; 510, 512; 610, 612), wobei der Kolben (110, 112; 210, 212; 310, 312; 410, 412; 510, 512; 610, 612) derart mit der Antriebswelle in Verbindung steht, dass eine lineare Bewegung des Kolbens (110, 112; 210, 212; 310, 312; 410, 412; 510, 512; 610, 612) in eine Schwenkbewegung der Antriebswelle umgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Gehäuses (102; 202; 302; 402; 502; 602) eine Sicherheitsvorrichtung vorgesehen ist, welche mindestens folgende Elemente umfasst: a) den Energiespeicher und b) ein Sicherheitselement (129, 131; 229, 231; 329, 331; 429, 431; 529, 531; 629, 631), mittels welchem der Energiespeicher in einem Gefahrenzustand derart aktivierbar ist, dass der Energiespeicher den Kolben (110, 112; 210, 212; 310, 312; 410, 412; 510, 512; 610, 612) unabhängig vom Funktionszustand des Antriebs in eine vorgegebene Position verfahrbar ist und/oder in der vorgegebenen Position gehalten werden kann.
Schwenkantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitselement (129, 131; 229, 231; 329, 331; 429, 431; 529, 531; 629, 631) in dem Kolben (110, 112; 210, 212; 310, 312; 410, 412; 510, 512; 610, 612) angeordnet ist.
Schwenkantrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitselement (129, 131; 229, 231; 329, 331; 429, 431; 529, 531; 629, 631) in einer Durchgangsöffnung (128, 130; 228, 230; 328, 330; 428, 430; 528, 530; 628, 630) der Kolbenfläche angeordnet ist.
Schwenkantrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitselement (129, 131; 229, 231; 329, 331; 429, 431; 529, 531; 629, 631) in einer Durchgangsöffnung (128, 130; 228, 230; 328, 330; 428, 430; 528, 530; 628, 630) innerhalb des Gehäuses (102; 202; 302; 402; 502; 602) angeordnet ist, wobei die Durchgangsöffnung (128, 130; 228, 230; 328, 330; 428, 430; 528, 530; 628, 630) die Druckkammern des Antriebes verbinden.
Schwenkantrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Gehäuses (102; 202; 302; 402; 502; 602) als Sicherheitselement (129, 131; 229, 231; 329, 331; 429, 431; 529, 531; 629, 631) ein Sperrelement angeordnet ist, welches dazu ausgebildet ist, im Normalbetrieb den Energiespeicher vom Antrieb zu entkoppeln und in einem Gefahrenzustand den Energiespeicher freizugeben.
Schwenkantrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitselement (129, 131; 229, 231; 329, 331; 429, 431; 529, 531; 629, 631) stoffschlüssig, formschlüs sig oder kraftschlüssig mit dem Gehäuse (102; 202; 302; 402; 502; 602) und/oder dem Kolben (110, 112; 210, 212; 310, 312; 410, 412; 510, 512; 610, 612) verbunden ist.
Schwenkantrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrelement ein Ring ist, welcher in einer Nut des Gehäuses (102; 202; 302; 402; 502; 602) angeordnet ist.
Schwenkantrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitselement (129, 131; 229, 231; 329, 331; 429, 431; 529, 531; 629, 631) aus einem Material mit einem Schmelzpunkt zwischen 50°C und 250°C besteht.
Schwenkantrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitselement (129, 131; 229, 231; 329, 331; 429, 431; 529, 531; 629, 631) aus einem Lot, aus Kunststoff, aus einem Bimetall oder aus einem Berstkörper besteht.
Schwenkantrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitselement (129, 131; 229, 231; 329, 331; 429, 431; 529, 531; 629, 631) pneumatisch, elektrisch, hydraulisch oder mechanisch betätigbar ist.
Schwenkantrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in das Sicherheitselement (129, 131; 229, 231; 329, 331; 429, 431; 529, 531; 629, 631) ein Heizelement, insbesondere eine Heizspirale, eingesetzt ist und dass eine Anschlussleitung vorgesehen ist, mittels welcher das Heizelement aktivierbar ist.
Schwenkantrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher in dem Gehäuse (102; 202; 302; 402; 502; 602), insbesondere in einer in dem Gehäuse (102; 202; 302; 402; 502; 602) vorgesehenen Vertiefung (136; 138; 236, 238, 336, 338; 436, 438; 636, 638), angeordnet ist.
Schwenkantrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher eine Feder (132; 232; 332; 432; 632) und/oder ein Gewicht (550) umfasst.
Schwenkantrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher chemische Energie enthält.
Schwenkantrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Gehäuses (102; 202; 302; 402; 502; 602) ein Schwellmaterial angeordnet ist, welches bei Überschreiten einer bestimmten Temperatur sein Volumen mehr als verdoppelt und dadurch einer Rückhubbewegung des Kolbens (110, 112; 210, 212; 310, 312; 410, 412; 510, 512; 610, 612) entgegenwirkt.
Schwenkantrieb nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwellmaterial ein intumeszentes Material ist.
Schwenkantrieb nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des Schwellmaterials so gewählt ist, dass das Volumen des Schwellmaterials bei dessen voller Volumenausdehnung die Freiräume im Zylinder zwischen 90 und 100 Prozent ausfüllt.
Schwenkantrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse ein zweiter Kolben (110, 112; 210, 212; 310, 312; 410, 412; 510, 512; 610, 612) vorgesehen ist, wobei die beiden Kolben (110, 112; 210, 212; 310, 312; 410, 412; 510, 512; 610, 612) so mit der Antriebswelle verbunden sind, dass bei gleichzeitiger und gegenläufiger Bewegung der Kolben (110, 112; 210, 212; 310, 312; 410, 412; 510, 512; 610, 612) eine Schwenkbewegung der Antriebswelle erfolgt.
Schwenkantrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für den Kolben (110, 112; 210, 212; 310, 312; 410, 412; 510, 512; 610, 612) innerhalb des Gehäuses (102; 202; 302; 402; 502; 602) ein weiteres Sicherheitselement (129, 131; 229, 231; 329, 331; 429, 431; 529, 531; 629, 631) und ein weiterer Energiespeicher vorgesehen sind.
Schwenkantrieb nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass für den weiteren Energiespeicher ein separates Sicherheitselement (129, 131; 229, 231; 329, 331; 429, 431; 529, 531; 629, 631) vorgesehen ist.
Schwenkantrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drucksteuerung des Kolbens (110, 112; 210, 212; 310, 312; 410, 412; 510, 512; 610, 612) ein pneumatischer Antrieb ist.
Gehäusedeckel für einen Schwenkantrieb, umfassend a) einen Energiespeicher zur Einwirkung auf ein Antriebselement eines Schwenkantriebes sowie b) ein Sicherheitselement (129, 131; 229, 231; 329, 331; 429, 431; 529, 531; 629, 631), mittels welchem der Energiespeicher an einer Einwirkung auf ein Antriebselement gehindert ist und mittels welchem der Energiespeicher in einem Gefahrenzustand aktivierbar ist.