DE102009054120B4

DE102009054120B4 - Handantrieb für einen elektromotorischen Stellantrieb

Info

Publication number: DE102009054120B4
Application number: DE102009054120A
Authority: DE
Inventors: Herbert Möller
Original assignee: ABB Technology AG
Current assignee: ABB Schweiz AG
Priority date: 2009-11-20
Filing date: 2009-11-20
Publication date: 2012-04-05
Anticipated expiration: 2029-11-21
Also published as: US20110120264A1; DE102009054120A1; CN102072354A

Abstract

Stellantrieb, bei dem ein Elektromotor (12) über ein Getriebe mit einer Armatur in Wirkverbindung steht und der mit einem Handantrieb ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Handantrieb ein hemmendes Getriebe (2, 3) umfasst, dessen Abtrieb über eine elektrisch betätigbare, lösbare Kupplung (4, 5, 6, 8) kraftschlüssig mit der Motorwelle (1) in eine bremsende Wirkverbindung bringbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Handantrieb für einen elektromotorischen Stellantrieb zur Steuerung von Armaturen der Prozessautomatisierung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
In derartigen Stellantrieben treibt ein Elektromotor über ein Getriebe zur Anpassung von Stellweg und Stellzeit an den Bedarfsfall eine Armatur, die als Ventil, Klappe, Schieber oder dergleichen ausgeführt sein kann. Zum Zwecke der Armaturenbetätigung bei Stromausfall oder bei Beschädigung des Elektromotors sind derartige Stellantriebe mit einem Handantrieb ausgestattet.
Aus der DE 42 39 947 C1 ist ein derartiger Stellantrieb mit einem Überlagerungsgetriebe bekannt, bei dem für den Handantrieb eine Schneckenwelle mit einer Schnecke vorgesehen ist, die in eine Außenverzahnung eines Hohlrades eingreift, in dessen Innern Zwischenzahnräder des motorischen Antriebs kämmen. Die Schneckenwelle des Handantriebs ist während des motorischen Antriebs in Ruhe. Der Handantrieb besteht aus einem auf einem Wellenstummel mit einem Querstift angeordneten Handrad. Der Wellenstummel ist axial beweglich und zur Schneckenwelle des Handantriebs fluchtend angeordnet. Die Schneckenwelle des Handantriebs weist handradseitig einen zum Querstift korrespondierenden Schlitz auf.
Zur Inbetriebnahme des Handantriebs wird mit dem Handrad der Wellenstummel axial in Richtung der Schneckenwelle verschoben und durch Drehung des Handrades der Querstift zum Eingriff in den Schlitz der ruhenden Schneckenwelle gebracht.
Inbesondere für kompakte Stellantriebe ist jedoch eine derartige Überlagerungsgetriebe-Anordnung zu aufwendig und raumgreifend.
Darüber hinaus ist aus der DE 27 58 443 A1 eine Umschalteinrichtung für Hand- und Motorbetrieb eines Stellantriebs bekannt, bei der in Nuten einer Antriebssäule Ziehkeile mit Kupplungsklauen geführt sind, die bei Betätigung des Handantriebs die Wirkverbindung zwischen dem Elektromotor und der Antriebssäule trennen. Das Handrad des Handantriebs ist mit Mitnehmerelementen ausgestattet, die nach Trennung der Wirkverbindung zwischen dem Elektromotor und der Antriebssäule in weitere Kupplungsklauen eingreifen. Dabei geht zwischen den Schaltzuständen Motorantrieb und Handantrieb die Bremswirkung des Elektromotors unkontrolliert verloren. Darüber hinaus wird die Vielteiligkeit der Umschalteinrichtung als nachteilig angesehen.
Weiterhin ist aus dem deutschen Gebrauchsmuster DE 1 944 603 U ein Spindelantrieb mit einem motorischen und einem manuellen Antrieb bekannt, bei dem eine Umstelleinrichtung mit einem Kupplungselement zur Verbindung des Handantriebs mit dem Getriebe vorgesehen ist.
In der DE 1 089 606 B ist ein selbsthemmendes Getriebe beschrieben, das mit einer Rutschkupplung für den Motorantrieb ausgerüstet ist, die wechselweise für diesen und einen Handantrieb verwendbar ist.
Schließlich ist aus der DE 948 749 B ein Elektro-Antrieb für Absperrorgane mittels einer Antriebswelle bekannt, die einerseits vom Motor aus und andererseits von Hand vermittels eines zwischen Motor und Handrad angeordneten Kegeldifferentials betätigt werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Handantrieb eines elektromotorischen Stellantriebs anzugeben, der aus wenigen Bauteilen besteht, einen einfachen Aufbau aufweist und bei dem die Wirkverbindung zum Abtrieb bei abgeschaltetem Elektromotor kontrolliert aufrechterhalten bleibt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Mitteln des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den rückbezogenen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung geht von einem für sich bekannten Stellantrieb aus, bei dem ein Elektromotor über ein Getriebe mit einer Armatur in Wirkverbindung steht und der mit einem Handantrieb ausgestattet ist.
Gemäß den Merkmalen der Erfindung ist vorgesehen, dass der Handantrieb ein hemmendes Getriebe umfasst, dessen Abtrieb über eine elektrisch betätigbare, lösbare Kupplung kraftschlüssig mit der Motorwelle in eine bremsende Wirkverbindung bringbar ist.
In der Ruhelage ist der Elektromotor ausgeschaltet. Die Kupplung ist stromlos. Der Handantrieb ist eingekuppelt. Durch das hemmende Getriebe des Handantriebs ist der Elektromotor gebremst. Der Stellantrieb ist durch den Handantrieb manuell verstellbar.
Während des Stellbetriebs ist der Elektromotor eingeschaltet. Die Kupplung ist bestromt. Der Handantrieb ist ausgekuppelt und übt keine Bremswirkung auf die Motorwelle aus. Die Drehrichtung und die Drehzahl der Motorwelle sind Ergebnisse der Motoransteuerung und der Last an der Motorwelle.
Der erfindungsgemäße Handantrieb weist vorteilhafterweise eine kompakte Bauform auf, die die Verwendung von Topfmotoren ermöglicht, die sich durch einen hohen Schutzgrad gegen Umgebungsbedingungen auszeichnen.
Vorteilhafterweise ist ein derartiger Handantrieb mit wenigen und technisch einfachen Bauteilen realisierbar. Darüber hinaus ist dieser Handantrieb sehr raumsparend und kommt damit dem kompakten Aufbau von Stellantrieben entgegen. Ferner ersetzt er den Bremsmotor, der zum Betrieb von nicht selbsthemmenden Stellantrieben erforderlich ist.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung umfasst das Getriebe des Handantriebs eine Schneckengetriebestufe. So wird auf einfache Weise eine Hemmung im Getriebe erreicht.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung umfasst das Getriebe des Handantriebs eine Sperrklinke auf. Auf diese Weise werden Rückwirkungen von der Armatur über die Motorwelle in der Ruhelage eliminiert.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der einzigen Figur ist ein Stellantrieb in seinen erfindungswesentlichen Einzelheiten teilweise geschnitten dargestellt. Auf einer Antriebswelle 1 ist ein Getrieberad 2 drehbar gelagert. Die Antriebswelle 1 steht in fester Verbindung mit einem Elektromotor 12.
Das Getrieberad 2 ist vorzugsweise als Schneckenrad ausgebildet und stützt sich an einem Gegenrad 3 ab. Dieses Gegenrad 3 ist als ein selbsthemmendes Schnecken- oder Schraubrad mit Selbsthemmung ausgebildet. Das Gegenrad 3 ist in einem nicht näher dargestellten Getriebegehäuse gelagert und in diesem axial abgestützt. Auf der Welle des Gegenrades 3 ist ein Handrad des Handantriebs zum manuellen Verstellen der Armatur anfgeordnet.
Auf der Antriebswelle 1 ist darüber hinaus eine Bremsscheibe 4 angeordnet, die rotatorisch fixiert und axial verschiebbar ist, vorzugsweise durch ein Keilprofil. Dabei ist die Bremsscheibe 4 zwischen dem Getrieberad 2 und einer Ankerscheibe 6 angeordnet, wobei die Ankerscheibe 6 durch die Kraft einer Feder 8 in Richtung des Getrieberades 2 gedrückt wird.
Mit dem Getrieberad 2 ist auf Abstand ein Bremsspulenkörper 5 über Stehbolzen 7 fest verbunden. Innerhalb des Bremsspulenkörper 5 ist eine Bremsspule 10 angeordnet und an Schleifringe eines Schleifringkörpers 9 angeschlossen. Ortsfeste Schleifer 11 liegen auf den Schleifringen des Schleifringkörpers 9 auf und leiten den Bremsstrom von einer ortsfesten Einspeisung über den Schleifringkörper 9 auf die drehbewegliche Bremsspule 10.
Die Ankerscheibe 6 ist zwischen der Bremsscheibe 4 und dem Bremsspulenkörper 5 auf den Stehbolzen 7 rotatorisch fixiert und axial verschieblich angeordnet.
Zur Erzielung des Brems- und Haltemomentes wird die Ankerscheibe 6 in Ruhelage mittels der Feder 8 gegen das Getrieberad 2 der selbsthemmenden Getriebeanordnung gedrückt.
In einer alternativen Ausführungsform ist das Gegenrad 3 als Stirnrad ausgeführt und mit einer Klinke gegen Verdrehen gesichert.
In der Ruhelage sind der Elektromotor 12 ausgeschaltet und die Bremsspule 10 stromlos. Dabei wird die Bremsscheibe 4 über die Feder 8 zwischen dem Getrieberad 2 und der Ankerscheibe 6 blockiert. Bei Einleitung einer Handraddrehung erzeugt die Drehbewegung am Gegenrad 3 eine Drehbewegung des Getrieberades 2. Durch die feste Verbindung mit der Ankerscheibe 6 wird die Bremsscheibe 4 in dieselbe Drehbewegung versetzt. Ihre rotatorisch feste Kopplung mit der Antriebswelle 1 sorgt dafür, dass diese Welle mit derselben Drehzahl gedreht wird. Die Antriebswelle 1 steht mit einem angeschalteten Untersetzungsgetriebe dem ein entsprechendes Abtriebselement angehört in fester Verbindung 13. Steht über das Abtriebselement im Untersetzungsgetriebe ein rückwärts treibendes Lastmoment an, dann wird dieses in umgekehrter Reihenfolge von dem abstützenden Gegenrad aufgenommen. Auf diese Weise ist der Handbetrieb bei ausgeschaltetem Motor eingeleitet.
Während des Stellbetriebs sind der Elektromotor 12 eingeschaltet und die Bremsspule 10 bestromt. Dabei sorgt das erzeugte Magnetfeld dafür, dass die Ankerscheibe 6 die Bremsscheibe 4 freigibt und sich diese frei drehen kann.
Die vom Elektromotor 12 eingeleiteten Größen, wie Drehzahl und Drehmoment, werden auf die Antriebswelle 1 und weiter über die Verbindung 13 auf das Untersetzungsgetriebe und das entsprechende Abtriebselement übertragen. Auf diese Weise ist der Motorbetrieb eingeleitet.
Ein Handbetrieb bei eingeschaltetem Elektromotor 12 wird durch die Bestromung der Bremsspule 10 verhindert.
Bezugszeichenliste

1: Antriebswelle
2: Getrieberad
3: Gegenrad
4: Bremsscheibe
5: Bremsspulenkörper
6: Ankerscheibe
7: Stehbolzen
8: Feder
9: Schleifringkörper
10: Bremsspule
11: Schleifer
12: Elektromotor
13: Verbindung

Claims

Stellantrieb, bei dem ein Elektromotor (12) über ein Getriebe mit einer Armatur in Wirkverbindung steht und der mit einem Handantrieb ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Handantrieb ein hemmendes Getriebe (2, 3) umfasst, dessen Abtrieb über eine elektrisch betätigbare, lösbare Kupplung (4, 5, 6, 8) kraftschlüssig mit der Motorwelle (1) in eine bremsende Wirkverbindung bringbar ist.
Stellantrieb nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (2, 3) des Handantriebs eine Schneckengetriebestufe umfasst.
Stellantrieb nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (2, 3) des Handantriebs eine Sperrklinke aufweist.