DE102011107686B4

DE102011107686B4 - Electric valve drive with reset device and fitting

Info

Publication number: DE102011107686B4
Application number: DE102011107686.0A
Authority: DE
Inventors: Dierk Fischer
Original assignee: TA ROLOFF Technischer Apparatebau GmbH; Ta Roloff Technischer Appbau GmbH
Current assignee: TA ROLOFF Technischer Apparatebau GmbH; Ta Roloff Technischer Appbau GmbH
Priority date: 2011-07-13
Filing date: 2011-07-13
Publication date: 2017-08-17
Anticipated expiration: 2031-07-14
Also published as: DE102011107686A1

Abstract

Vorrichtung zur Betätigung einer Armatur, umfassend – eine Verstelleinrichtung, die einen angesteuerten Motor (29) umfasst, der ein Betätigungsteil der Armatur gegen die in eine vorgegebene Richtung auf das Betätigungsteil ausgeübte Rückstellkraft einer Rückstelleinrichtung (29) in eine vorgegebene Stellung bewegen kann, – wobei die Rückstelleinrichtung (29) mindestens eine Feder (30) umfasst, – eine Steuereinrichtung, – eine Zahnstange (22), wobei die Feder (30) auf die Zahnstange (22) wirkt, – und ein Zahnrad (18), welches mit der Zahnstange (22) und dem Betätigungsteil der Armatur in Eingriff steht, dadurch gekennzeichnet, dass – der Motor ein Drehstrommotor (29) ist, der durch einen Umrichter (14) angesteuert wird, – die Steuereinrichtung mit dem Umrichter (14) verbunden ist, und dass jeder Stellung der Armatur ein bestimmter Sollwert für ein von dem Drehstrommotor (10) ausgeübtes Drehmoment oder eine von dem Umrichter (14) dem Drehstrommotor (10) zur Verfügung gestellte elektrische Spannung oder einen von dem Umrichter (14) aufgenommenen elektrischen Strom vorgegeben ist, wobei die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, den Umrichter derart anzusteuern, dass der Sollwert erreicht wird, wobei die Steuereinrichtung weiterhin dazu ausgebildet ist, anhand einer tendenziellen Veränderung des von dem Drehstrommotor (10) ausgeübten Drehmoments oder der von dem Umrichter (14) dem Drehstrommotor (10) zur Verfügung gestellten elektrischen Spannung oder des von dem Umrichter (14) aufgenommenen elektrischen Stroms auf einen Verschleiß oder eine Beschädigung der Vorrichtung rückzuschließen und eine Warnmeldung auszugeben.A device for operating a valve, comprising - an adjusting device comprising a controlled motor (29) which can move an operating part of the valve against the restoring force of a restoring device (29) in a predetermined direction on the actuating part, in a predetermined position, - the restoring device (29) comprises at least one spring (30), - a control device, - a rack (22), the spring (30) acting on the toothed rack (22), - and a toothed wheel (18) connected to the toothed rack (22) and the operating part of the fitting is engaged, characterized in that - the motor is a three-phase motor (29) which is driven by an inverter (14), - the control device is connected to the inverter (14), and that Each position of the valve a certain setpoint for one of the three-phase motor (10) applied torque or one of the inverter (14) the three-phase motor (10) available given electric voltage or one of the inverter (14) received electrical current is predetermined, wherein the control device is adapted to drive the inverter such that the target value is achieved, wherein the control device is further adapted to a tendency change of the torque applied to the three-phase motor (10) or the electrical voltage supplied by the converter (14) to the three-phase motor (10) or the electrical current consumed by the converter (14) is indicative of wear or damage to the device and a warning message.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Betätigung einer Armatur gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft auch eine Armatur mit einem Betätigungsteil zur Betätigung der Armatur zwischen einer geschlossenen Stellung und einer geöffneten Stellung.The invention relates to a device for actuating a valve according to the preamble of claim 1. The invention also relates to a valve with an actuating part for actuating the valve between a closed position and an open position.

Eine Vorrichtung zur Betätigung einer Armatur ist beispielsweise bekannt aus dem europäischen Patent EP 0 715 106 B1 . Bei der bekannten Vorrichtung ist zwischen einem Kraftglied und einer Verstellwelle der Armatur eine Kupplung angeordnet, die ein axial festes Kupplungsteil und ein axial bewegliches Kupplungsteil aufweist, welche von einer Betätigungsvorrichtung in Eingriff bringbar sind. Weiterhin ist eine Rückstellvorrichtung vorgesehen, die auf das mit der Verstellwelle in Eingriff stehende Kupplungsteil wirkt und auf die Verstellwelle eine Kraft in Schließrichtung ausübt. Die Drehmomentübertragung zwischen den Kupplungsteilen erfolgt über schräg zur Drehachse angeordnete Flächen derart, dass die Kupplungsteile durch die Rückstellkraft der Rückstellvorrichtung axial auseinander bewegt werden, wenn die Betätigungsvorrichtung inaktiv ist. Mit der bekannten Vorrichtung ist sichergestellt, dass bei einer Unterbrechung der Energieversorgung der Betätigungsvorrichtung eine Trennung der Kupplungsteile erfolgt.An apparatus for actuating a valve is known, for example, from the European patent EP 0 715 106 B1 , In the known device, a coupling is arranged between a force member and an adjusting shaft of the fitting, which has an axially fixed coupling part and an axially movable coupling part, which can be brought into engagement by an actuating device. Furthermore, a return device is provided, which acts on the engaging with the adjusting shaft engaging coupling part and exerts a force in the closing direction on the adjusting shaft. The torque transmission between the coupling parts via obliquely arranged to the rotation axis surfaces such that the coupling parts are moved apart axially by the restoring force of the return device when the actuator is inactive. With the known device it is ensured that, in the event of an interruption of the power supply of the actuating device, a separation of the coupling parts takes place.

Die bekannte Vorrichtung weist somit eine hohe Betriebssicherheit auf und erlaubt bei einem Ausfall der Betätigungsvorrichtung sehr kurze Stellzeiten der Armatur in ihre durch die Rückstellvorrichtung vorgegebene Sicherheitsstellung. Allerdings ist mit der bekannten Kupplung ein nicht unerheblicher konstruktiver Aufwand verbunden. Aus US 4 463 291 A ist ein Kugelgewindetrieb bekannt, bei dem ein Spindeltrieb, umfassend eine Spindel und eine Spindelmutter, durch einen elektrischen Motor betätigt wird. Im Falle einer Stromunterbrechung wird die Spindelmutter über die Spindel drehend angetrieben und die Armatur so zurückgestellt. Eine solche Rückstelleinrichtung ist aufwendig und erlaubt nur eine langsame Rückführung der Armatur in die Sicherheitsstellung, was in der Praxis häufig nicht akzeptabel ist. Aus DE 10 2006 023 411 A1 ist eine Rotorblattverstelleinrichtung einer Windkraftanlage bekannt, umfassend einen aus einem Stromnetz versorgten Frequenzumrichter und einen aus dem Frequenzumrichter speisbaren bürstenlosen Elektromotor. Aus JP 2010-144781 A ist eine Armatur bekannt, die einen elektrischen Motor umfasst. Die elektrische Energiequelle für den Motor ist mit Batteriemitteln versehen, die im Falle eines Versagens der Energiequelle eine Sicherheitsansteuerung des Motors übernimmt. Aus DE 40 08 002 A1 ist darüber hinaus eine Vorrichtung zur Steuerung eines motorbetriebenen Stellantriebes für ein Stellorgan mit einem festen Endanschlag bekannt, umfassend einen Drehstrom-Asynchronmotor. Anhand einer Überwachung der Drehzahl des Motors, beispielsweise durch eine Messung des Motorstroms, wird das Hineinfahren in die definierte Endstellung überwacht und das Stillstandsmoment des Motors nach dem Beginn des Hineinfahrens in die definierte Endstellung erhöht. Auf diese Weise soll unter Vermeidung aufwendiger Endschalter das Hineinfahren in die Endstellung erkannt und durch die Erhöhung des Stillstandsmoments ein Festsetzen der Armatur in der Endstellung vermieden werden. Eine Rückstelleinrichtung besitzt die Vorrichtung nicht.The known device thus has a high reliability and allows for a failure of the actuator very short operating times of the valve in their predetermined by the reset safety position. However, a not inconsiderable design effort is associated with the known coupling. Out US 4,463,291 A. a ball screw is known in which a spindle drive, comprising a spindle and a spindle nut, is actuated by an electric motor. In the event of a power failure, the spindle nut is driven in rotation via the spindle and the valve is reset in this way. Such a return device is complicated and allows only a slow return of the valve in the safety position, which is often not acceptable in practice. Out DE 10 2006 023 411 A1 is a Rotorblattverstelleinrichtung a wind turbine known, comprising a supplied from a power supply frequency converter and can be fed from the frequency converter brushless electric motor. Out JP 2010-144781 A a fitting is known which comprises an electric motor. The electrical energy source for the engine is provided with battery means which, in the event of a failure of the power source, undertake a safety control of the engine. Out DE 40 08 002 A1 In addition, a device for controlling a motor-driven actuator for an actuator with a fixed end stop is known, comprising a three-phase asynchronous motor. Based on a monitoring of the speed of the motor, for example by measuring the motor current, driving in is monitored in the defined end position and increases the stall torque of the motor after the start of driving into the defined end position. In this way, it should be recognized in the end position while avoiding elaborate limit switch and recognized by increasing the stall torque setting the valve in the end position can be avoided. A restoring device does not have the device.

Aus der den nächstkommenden Stand der Technik bildenden EP 1 647 698 A2 sind eine Verstelleinrichtung für eine Armatur und eine Armatur bekannt, umfassend einen elektrischen Motor, der über ein Getriebe auf ein Betätigungsteil der Armatur einwirkt. Eine Fail-Safe Rückstelleinrichtung umfasst eine Feder, die eine Rückstellkraft auf das Betätigungsteil ausübt.From the closest prior art forming EP 1 647 698 A2 an adjusting device for a fitting and a fitting are known, comprising an electric motor which acts via a gear on an actuating part of the valve. A fail-safe restoring device comprises a spring which exerts a restoring force on the actuating part.

Ausgehend von dem erläuterten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und eine Armatur der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit der bei hoher Betriebssicherheit der konstruktive Aufwand verringert werden kann.Based on the explained prior art, the present invention seeks to provide a device and a fitting of the type mentioned, with the high operational reliability of the design effort can be reduced.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Gegenstände der Ansprüche 1 und 8. Vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Figuren.The invention solves this problem by the subject matter of claims 1 and 8. Advantageous embodiments can be found in the dependent claims, the description and the figures.

Für eine Vorrichtung der eingangs genannten Art löst die Erfindung die Aufgabe dadurch, dass die Verstelleinrichtung einen durch einen Umrichter angesteuerten Drehstrommotor umfasst, der das Betätigungsteil der Armatur auch gegen die Rückstellkraft der Rückstelleinrichtung in eine vorgegebene Stellung bewegen kann bzw. bewegt.For a device of the type mentioned, the invention solves the problem in that the adjusting device comprises a controlled by an inverter three-phase motor, which can move the operating part of the valve against the restoring force of the return device in a predetermined position or moves.

Die Betätigung der Armatur erfolgt durch Einwirkung der Versteileinrichtung auf das Betätigungsteil. Auf diese Weise kann die Armatur beispielsweise zwischen einer geschlossenen Stellung, in der die Armatur eine Verbindungsleitung, beispielsweise eine Rohrleitung, schließt und einer geöffneten Stellung, in der die Armatur eine Verbindungsleitung, beispielsweise eine Rohrleitung, öffnet, verstellt werden. Natürlich ist es auch möglich, dass das Betätigungsteil durch die Verstelleinrichtung so betätigt wird, dass Zwischenpositionen zwischen der (vollständig) geöffneten und der (vollständig) geschlossenen Stellung der Armatur angefahren werden. In solchen Zwischenstellungen kann durch die Armatur beispielsweise eine Verbindungsleitung teilweise freigegeben werden. Die Armatur kann zwischen zwei Endstellungen, insbesondere der geschlossenen Stellung und der geöffneten Stellung, gedreht werden. Zwischen diesen Endstellungen der Armatur kann beispielsweise ein Winkelbereich von etwa 90° überstrichen werden.The actuation of the valve is effected by the action of the adjusting device on the actuating part. In this way, the fitting can be adjusted, for example, between a closed position in which the fitting closes a connecting line, for example a pipeline, and an open position in which the valve opens a connecting line, for example a pipeline. Of course, it is also possible that the actuating part is actuated by the adjusting device so that intermediate positions between the (fully) opened and the (fully) closed position of the valve are approached. In such intermediate positions, for example, a connecting line can be partially released by the fitting. The valve can between two end positions, especially the closed position and the open position, are turned. For example, an angular range of approximately 90 ° can be swept between these end positions of the fitting.

Die Rückstelleinrichtung spannt das Betätigungsteil und damit die Armatur in eine Sicherheitsstellung vor, beispielsweise eine geöffnete oder eine geschlossene Stellung der Armatur. Sofern durch die Verstelleinrichtung beispielsweise aufgrund einer Unterbrechung der Energieversorgung, keine Kraft mehr auf das Betätigungsteil wirkt, wird die Armatur von der Rückstelleinrichtung selbsttätig in die Sicherheitsstellung gefahren. Die Versteileinrichtung und die Rückstelleinrichtung können dabei unmittelbar oder mittelbar auf das Betätigungsteil der Armatur einwirken.The restoring device biases the actuating part and thus the valve in a safety position, for example, an open or a closed position of the valve. If, for example due to an interruption of the power supply, no force acts on the actuating part by the adjusting device, the valve is automatically driven by the restoring device in the safety position. The adjusting device and the restoring device can act directly or indirectly on the actuating part of the valve.

Erfindungsgemäß umfasst die Versteileinrichtung einen durch einen Umrichter, insbesondere einen Frequenzumrichter, angesteuerten Drehstrommotor. Der Drehstrommotor bewegt das Betätigungsteil der Armatur gegen die Rückstellkraft der Rückstelleinrichtung in eine jeweils vorgegebene Stellung, beispielsweise eine geöffnete oder eine geschlossene Stellung der Armatur oder eine zwischen diesen Endstellungen befindliche Zwischenstellung. Wenn der Drehstrommotor das Betätigungsteil der Armatur im Normalbetrieb in die Sicherheitsstellung bewegt, wird diese Bewegung durch die Rückstellkraft der Rückstelleinrichtung unterstützt. Da der Drehstrommotor die Armatur gegen die Rückstellkraft der Rückstelleinrichtung aus ihrer Sicherheitsstellung in eine vorgegebene Stellung bewegt, ist bei einem Ausfall der Verstelleinrichtung, beispielsweise einer Unterbrechung der elektrischen Energieversorgung, sichergestellt, dass die Armatur selbsttätig in ihre Sicherheitsstellung gefahren wird. Die Rückstelleinrichtung ist insbesondere eine mechanische Rückstelleinrichtung, die unabhängig von einer elektrischen Versorgung arbeitet. Gleichzeitig kann durch die Ansteuerung des Drehstrommotors über einen Umrichter präzise eine vorgegebene Stellung der Armatur angefahren werden. Insbesondere kann beispielsweise aus dem von dem Drehstrommotor im Zuge der Betätigung der Armatur gegen die Rückstelleinrichtung aufgebrachten Drehmoment oder einer hierzu von dem Umrichter bereitgestellten elektrischen Spannung präzise auf die Stellung der Armatur geschlossen werden. Es sind also keine zusätzlichen Signalleitungen für die Ansteuerung der Armatur erforderlich. Dies vereinfacht den Aufbau. Beim Stand der Technik sind häufig Feldbussysteme für die Ansteuerung der Armatur vorgesehen. Auf solche Systeme kann erfindungsgemäß verzichtet werden. Auch sind Endlagenschalter, die die Endstellungen der Armatur, beispielweise eine geöffnete oder eine geschlossene Stellung, detektieren, nicht zwingend erforderlich. Die Endstellungen der Armatur können erfindungsgemäß ebenfalls in einfacher Weise durch die Verstelleinrichtung mit dem durch einen Umrichter angesteuerten Drehstrommotor erkannt werden.According to the invention, the adjusting device comprises a three-phase motor controlled by a converter, in particular a frequency converter. The three-phase motor moves the actuating part of the valve against the restoring force of the return device in a respective predetermined position, for example, an open or a closed position of the valve or located between these end positions intermediate position. When the three-phase motor moves the operating part of the valve in the normal operation in the safety position, this movement is supported by the restoring force of the return device. Since the three-phase motor moves the valve against the restoring force of the restoring device from its safety position to a predetermined position, in the event of failure of the adjusting device, for example an interruption of the electrical power supply, ensures that the valve is automatically moved to its safety position. The restoring device is in particular a mechanical restoring device which operates independently of an electrical supply. At the same time, by controlling the three-phase motor via a converter precisely a predetermined position of the valve can be approached. In particular, for example, from the torque applied by the three-phase motor in the course of actuation of the valve against the restoring device or an electrical voltage provided by the converter for this purpose, it is possible to precisely infer the position of the valve. So there are no additional signal lines for the control of the valve required. This simplifies the structure. In the prior art fieldbus systems are often provided for the control of the valve. Such systems can be dispensed with according to the invention. Also, limit switches, which detect the end positions of the valve, for example, an open or a closed position, not mandatory. The end positions of the valve can also be detected according to the invention in a simple manner by the adjusting device with the controlled by an inverter three-phase motor.

Da die Armatur bei einem Ausfall der Verstelleinrichtung durch die Rückstelleinrichtung automatisch in die Sicherheitsstellung gefahren wird und gleichzeitig über den durch einen Umrichter angesteuerten Drehstrommotor eine präzise Positionsabfrage der Armatur möglich ist, kann auf eine beim Stand der Technik vorgesehene Kupplung zwischen der Verstelleinrichtung und dem Betätigungsteil verzichtet werden. Die Verstelleinrichtung kann also ahne eine Kupplung auf das Betätigungsteil der Armatur einwirken. Dies vereinfacht den Aufbau. Es werden zwar möglicherweise nicht die sehr hohen Stellzeiten im sogenannten Failsafe-Modus (also bei einem Versagen der Verstelleinrichtung) erreicht, wie dies beim Stand der Technik nach EP 0 715 106 B1 der Fall ist. Allerdings können mit der erfindungsgemäßen Versteileinrichtung auch sehr hohe Drehmomente übertragen werden. Drehmomente von über 10.000 Nm sind möglich. Dabei sind variable Stellgeschwindigkeiten bei einer hohen Regelgenauigkeit auf die vorgegebene Position möglich und damit auch ein sanfter Anlauf der Verstelleinrichtung, wodurch wiederum Komponenten der erfindungsgemäßen Vorrichtung geschont werden und somit einfacher ausgelegt werden können.Since the valve is automatically driven in the event of failure of the adjustment by the return device in the safety position and at the same time on the controlled by an inverter three-phase motor precise position sensing the valve is possible to dispense with a proposed in the prior art coupling between the adjustment and the operating part become. The adjustment can thus act without a clutch on the operating part of the valve. This simplifies the structure. Although it may not be the very high operating times in the so-called failsafe mode (ie in a failure of the adjustment) achieved, as in the prior art after EP 0 715 106 B1 the case is. However, very high torques can be transmitted with the adjusting device according to the invention. Torques of more than 10,000 Nm are possible. In this case, variable actuating speeds are possible with a high control accuracy to the predetermined position and thus also a smooth start-up of the adjusting device, which in turn protects components of the device according to the invention and thus can be designed simpler.

Nach einer Ausgestaltung kann zwischen dem Drehstrommotor und dem Betätigungsteil der Armatur ein Getriebe, insbesondere ein nicht-selbstsperrendes Getriebe, angeordnet sein. Das Getriebe kann beispielsweise ein Stirnradgetriebe, insbesondere ein Stirnradflachgetriebe, sein. Das Getriebe kann eine (geringe) selbsthemmende Wirkung besitzen.According to one embodiment, a gear, in particular a non-self-locking gear can be arranged between the three-phase motor and the actuating part of the valve. The transmission can be, for example, a spur gear, in particular a spur gear, be. The gear can have a (low) self-locking effect.

Nach einer weiteren Ausgestaltung kann die Verstelleinrichtung eine Halteeinrichtung umfassen, mit der das Betätigungsteil in einer durch die Verstelleinrichtung vorgegebenen Stellung gehalten werden kann. Die Halteeinrichtung kann eine Bremseinrichtung für den Drehstrommotor umfassen. In der jeweils durch den Drehstrommotor angefahrenen Position des Betätigungsteils kann das Betätigungsteil und damit auch die Armatur durch die Halteeinrichtung festgehalten werden. Die Halteeinrichtung stellt sicher, dass die Rückstelleinrichtung die Armatur nicht unerwünscht in ihre Sicherheitsstellung zurückbewegt. Dadurch kann der den Drehstrommotor ansteuernde Umrichter in der jeweils angefahrenen Position stromlos geschaltet werden, um Energie zu sparen. Die Halteeinrichtung kann eine insbesondere strombetriebene Motorbremse sein, die beispielsweise eine Antriebswelle des Drehstrommotors festhält. Fällt sie aus, wird die Armatur durch die Rückstelleinrichtung in ihre Sicherheitsstellung gefahren.According to a further embodiment, the adjusting device may comprise a holding device, with which the actuating part can be held in a predetermined position by the adjusting device. The holding device may comprise a braking device for the three-phase motor. In the respectively approached by the three-phase motor position of the actuating part, the actuating part and thus also the fitting can be held by the holding device. The holding device ensures that the restoring device does not undesirably return the valve to its safety position. As a result, the inverter controlling the three-phase motor can be de-energized in the respective approached position in order to save energy. The holding device may be a particularly current-driven motor brake, which holds, for example, a drive shaft of the three-phase motor. If it fails, the valve is moved by the restoring device in its safety position.

Die Rückstelleinrichtung umfasst erfindungsgemäß mindestens eine Feder. Die mindestens eine Feder kann eine Schraubenfeder sein, beispielsweise aus einem Metallwerkstoff. Durch eine Feder wird in konstruktiv besonders einfacher und gleichzeitig besonders sicherer Weise eine mechanische Rückstellung der Armatur in ihre Sicherheitsstellung ermöglicht. Die mindestens eine Feder wirkt auf eine Zahnstange, so dass sie die Zahnstange in eine vorgegebene axiale Richtung vorspannt. Die Zahnstange steht wiederum mit einem Zahnrad in Eingriff, welches bei einer axialen Bewegung der Zahnstange gedreht wird. Das Zahnrad steht wiederum mit dem Betätigungsteil der Armatur in Eingriff, so dass die Armatur bei einer Drehung des Zahnrads durch eine entspannende Bewegung der Feder in die Sicherheitsstellung bewegt wird. Das Betätigungsteil kann auch eine Verstellwelle umfassen. The restoring device comprises according to the invention at least one spring. The at least one spring may be a helical spring, for example of a metal material. By a spring is a structurally particularly simple and at the same time particularly safe way a mechanical provision of the valve in its safety position allows. The at least one spring acts on a rack so that it biases the rack in a predetermined axial direction. The rack is in turn engaged with a gear which is rotated upon axial movement of the rack. The gear in turn is in engagement with the operating part of the valve, so that the valve is moved with a rotation of the gear by a relaxing movement of the spring in the safety position. The actuating part may also comprise an adjusting shaft.

Die Rückstelleinrichtung kann auch mehrere Federn umfassen. Um die durch die Feder ausgeübte Rückstellkraft im Zuge einer gewünschten Drehmomenterhöhung zu vergrößern, kann es vorteilhaft sein, zwei, drei oder mehr Federn in Axialrichtung hintereinander geschaltet vorzusehen. Diese üben dann gemeinsam die Rückstellkraft aus. Um Verhakungen der Federn zu vermeiden, können in axialer Richtung hintereinander jeweils gegenläufig gewundene Federn eingesetzt werden. Für eine weitere Drehmomentsteigerung ist es auch möglich, zwei oder mehr Federpakete, insbesondere gegenläufig wirkende Federpakete, vorzusehen. Hierbei kann eine modulare Bauweise der Rückstelleinrichtung vorgesehen sein, bei der beispielsweise jeweils zwei gegenläufig wirkende Federpakete in einem Modul bzw. einer Konsole vorgesehen werden. Es können dann mehrere, beispielsweise vier, solcher Module bzw. Konsolen mit jeweils zwei Federpaketen vorgesehen werden, die übereinander angeordnet sein können und gemeinsam auf die Verstellwelle wirken. Hierdurch lassen sich Stelldrehmomente von bis zu 12.000 Nm bei kompaktem Aufbau der Vorrichtung erreichen. Darüber hinaus bietet die modulare Bauweise weitere Vorteile, beispielsweise eine einfache Drehmomentanpassung durch einen Austausch von Federn, eine Redundanz des Systems sowie eine hohe Servicefreundlichkeit.The restoring device may also comprise a plurality of springs. In order to increase the restoring force exerted by the spring in the course of a desired torque increase, it may be advantageous to provide two, three or more springs connected in series in the axial direction. These then exercise together the restoring force. In order to avoid entanglements of the springs, counter-rotating springs can be used in succession in the axial direction. For a further increase in torque, it is also possible to provide two or more spring assemblies, in particular counter-acting spring assemblies. In this case, a modular design of the restoring device can be provided, in which, for example, two counter-acting spring assemblies are respectively provided in a module or a console. It can then several, for example, four, such modules or consoles are provided with two spring assemblies, which can be arranged one above the other and act together on the adjustment. As a result, setting torques of up to 12,000 Nm can be achieved with a compact design of the device. In addition, the modular design offers further advantages, such as a simple torque adjustment through an exchange of springs, a redundancy of the system and a high service friendliness.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst weiterhin eine Steuereinrichtung, die anhand einer charakteristischen Betriebsgröße des Drehstrommotors oder des Umrichters eine vorgegebene Stellung der Armatur ansteuert. Die charakteristische Größe kann beispielsweise ein von dem Drehstrommotor beim Verstellen der Armatur ausgeübtes Drehmoment oder eine von dem Umrichter dem Drehstrommotor zur Verstellung der Armatur zur Verfügung gestellte elektrische Spannung oder ein von dem Umrichter diesbezüglich aufgenommener elektrischer Strom sein. Dadurch werden die oben erläuterten Vorteile der Ansteuerung eines Drehstrommotors über einen Umrichter, insbesondere einen Frequenzumrichter genutzt. So ist aufgrund der erfindungsgemäßen Verstellung der Armatur durch den Drehstrommotor gegen die Rückstellkraft der Rückstelleinrichtung anhand der beispielhaft genannten charakteristischen Größen des Drehstrommotors oder des Umrichters eine präzise Aussage über die jeweilige Position des Betätigungsteils und damit der Armatur möglich. Jeder Armaturstellung bzw. Stellung des Betätigungsteils kann also ein bestimmter Sollwert für eine oder mehrere charakteristische Größen vorgegeben werden. Diese Sollwerte können beispielsweise im Rahmen einer Kalibrierung vorab empirisch ermittelt werden. Die Steuereinrichtung steuert den Umrichter und damit den Drehstrommotor dann derart an, dass die jeweils als Sollwert vorgegebene charakteristische Größe erreicht wird. Hierzu kann die Steuereinrichtung eine Regelung des von einem Aufnehmer aufgenommenen Istwerts der charakteristischen Größe auf den jeweiligen Sollwert der charakteristischen Größe durchführen. Die Steuereinrichtung kann also eine Steuer- und Regeleinrichtung sein.The device according to the invention further comprises a control device, which controls a predetermined position of the valve based on a characteristic operating variable of the three-phase motor or the converter. The characteristic variable can be, for example, a torque exerted by the three-phase motor when adjusting the valve, or an electrical voltage provided by the converter to the three-phase motor for adjusting the valve, or an electric current picked up by the converter in this respect. As a result, the above-explained advantages of driving a three-phase motor via a converter, in particular a frequency converter are used. Thus, due to the inventive adjustment of the valve by the three-phase motor against the restoring force of the return device based on the exemplified characteristic sizes of the three-phase motor or the inverter precise information about the respective position of the operating part and thus the fitting possible. Each valve position or position of the actuating part can thus be specified a specific setpoint value for one or more characteristic variables. These setpoints can be determined empirically, for example, in the context of a calibration in advance. The control device then controls the converter and thus the three-phase motor in such a way that the respective characteristic value given as the setpoint value is reached. For this purpose, the control device can perform a regulation of the actual value of the characteristic variable recorded by a pickup to the respective nominal value of the characteristic variable. The control device can therefore be a control and regulating device.

Allein aufgrund einer Abfrage der charakteristischen Größe(n) ist also eine präzise Ansteuerung der Armatur in eine vorgegebene Stellung möglich. Separate Signalleitungen oder Sensoren, die die Position der Armatur direkt detektieren sind für die Verstellung der Armatur entsprechend nicht erforderlich. Darüber hinaus ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, aus Änderungen der charakteristischen Größe(n), beispielweise einer tendenziellen Veränderung des von dem Drehstrommotor für das Anfahren bestimmter Positionen aufzubringenden Drehmoments, Rückschlüsse auf Verschleiß oder eine Beschädigung der Vorrichtung zu ziehen. Beispielsweise können durch derartige Armaturen, wie sie erfindungsgemäß betroffen sind, auch abrasive Medien, wie Sand oder ähnliches, gefördert werden. Solche abrasiven Medien führen zu einem erhöhten Verschleiß, beispielsweise an Dichtungen der Armatur.Alone due to a query of the characteristic size (s) so a precise control of the valve in a predetermined position is possible. Separate signal lines or sensors that directly detect the position of the valve are not required for adjusting the valve accordingly. In addition, the control device is adapted to draw from changes in the characteristic size (s), for example a tendency to change the torque to be applied by the three-phase motor for starting certain positions, to draw conclusions about wear or damage to the device. For example, by such valves, as they are affected according to the invention, also abrasive media, such as sand or the like, are promoted. Such abrasive media lead to increased wear, for example on seals of the valve.

Hierdurch sinkt das durch den Drehstrommotor für eine vorgegebene Verstellung der Armatur aufzubringende Drehmoment mit der Zeit ab. Dies kann von der Steuereinrichtung ausgewertet werden und es kann eine entsprechende Warnmeldung ausgegeben werden. Die Steuereinrichtung kann auch dazu ausgebildet sein, die Anzahl der mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführten Schaltvorgänge zu erfassen und auszugeben. Hierzu kann ein entsprechender Zähler in dem Umrichter oder dem Drehstrommotor vorgesehen sein, der von der Steuereinrichtung abgefragt wird. Auf Grundlage der mit der Vorrichtung durchgeführten Schaltvorgänge ist ebenfalls ein Rückschluss auf den Verschleiß der Armatur möglich.As a result, the torque to be applied by the three-phase motor for a given adjustment of the valve decreases over time. This can be evaluated by the control device and it can be issued a corresponding warning message. The control device can also be designed to detect and output the number of switching operations performed with the device according to the invention. For this purpose, a corresponding counter can be provided in the converter or the three-phase motor, which is polled by the control device. Based on the switching operations performed with the device, a conclusion on the wear of the valve is also possible.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen schematisch: Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to figures. They show schematically:

1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer ersten Seitenansicht, 1 a device according to the invention in a first side view,

2 die Vorrichtung aus 1 in einer zweiten Seitenansicht, 2 the device off 1 in a second side view,

3 die Vorrichtung aus 1 in einer Draufsicht, und 3 the device off 1 in a plan view, and

4 eine erfindungsgemäße Vorrichtung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel in einer Seitenansicht entsprechend 2. 4 a device according to the invention according to a second embodiment in a side view accordingly 2 ,

Soweit nichts anderes angegeben ist, bezeichnen in den Figuren gleiche Bezugszeichen gleiche Gegenstände. In den Figuren ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Betätigung einer nicht näher dargestellten Armatur gezeigt. Die Armatur kann beispielsweise ein Ventil zum wahlweisen Verbinden oder Unterbrechen einer Rohrleitung umfassen. Bei einer Betätigung der Armatur wird dann das Ventil wahlweise geöffnet oder geschlossen oder auch in Zwischenstellungen zwischen diesen Endstellungen bewegt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst eine Verstelleinrichtung, die zur Betätigung der Armatur dient. Die Verstelleinrichtung weist einen Drehstrommotor 10 auf. Der Drehstrommotor 10 umfasst eine strombetriebene Motorbremse 12, die mit einer Motorwelle des Drehstrommotors 10 in Wirkverbindung steht, so dass sie diese wahlweise freigibt oder festhält. Die Verstelleinrichtung umfasst weiterhin einen Frequenzumrichter 14, der den Drehstrommotor 10 zur Ansteuerung mit elektrischer Spannung versorgt. Der Drehstrommotor 10 bzw. seine Motorwelle wirken über ein nicht-selbstsperrendes Getriebe 16 auf ein in den Figuren in einer teilweise transparenten Darstellung gestrichelt gezeigtes Zahnrad 18 ein. Bei dem Getriebe 16 kann es sich beispielsweise um ein Stirnradgetriebe, insbesondere ein Stirnradflachgetriebe, handeln. Das Zahnrad 18 kämmt mit einer senkrecht zu der Drehachse 20 des Drehstrommotors 10 angeordneten Zahnstange 22. Beispielsweise in 1 ist zu erkennen, dass durch das Getriebe 16 ein seitlicher Versatz zwischen der Drehachse 20 des Drehstrommotors 10 und der bei dem Bezugszeichen 24 gezeigten Drehachse des Zahnrads 18 erfolgt. Die Zahnstange 22 wirkt auf ein Betätigungsteil der Armatur, vorliegend eine koaxial zu der Zahnstange 22 angeordnete und mit dieser gekoppelte Verstellwelle (nicht gezeigt) so ein, dass bei einer axialen Bewegung der Zahnstange 22 auch die Verstellwelle in axialer Richtung bewegt wird. Hierdurch wiederum kann beispielsweise eine Drehung der Armatur bzw. eines Ventils der Armatur erfolgen. Die Armatur kann zwischen einer (vollständig) geschlossenen und einer (vollständig) geöffneten Stellung oder in praktisch beliebige Zwischenpositionen zwischen diesen Endstellungen gedreht werden.Unless otherwise indicated, like reference characters designate like items throughout the figures. In the figures, an inventive device for actuating a valve not shown is shown. For example, the valve may include a valve for selectively connecting or disconnecting a pipeline. Upon actuation of the valve, the valve is then either opened or closed or moved in intermediate positions between these end positions. The device according to the invention comprises an adjusting device which serves to actuate the fitting. The adjusting device has a three-phase motor 10 on. The three-phase motor 10 includes a power-driven engine brake 12 connected to a motor shaft of the three-phase motor 10 is in operative connection, so that they either releases or holds. The adjusting device further comprises a frequency converter 14 who has the three-phase motor 10 supplied with voltage for activation. The three-phase motor 10 or its motor shaft act via a non-self-locking gear 16 to a dashed line in the figures in a partially transparent representation shown gear 18 one. In the transmission 16 it may, for example, a spur gear, in particular a Stirnradflachgetriebe act. The gear 18 meshes with a perpendicular to the axis of rotation 20 the three-phase motor 10 arranged rack 22 , For example in 1 It can be seen that through the transmission 16 a lateral offset between the axis of rotation 20 the three-phase motor 10 and at the reference number 24 shown axis of rotation of the gear 18 he follows. The rack 22 acts on an actuating part of the valve, in this case a coaxial with the rack 22 arranged and coupled to this adjusting shaft (not shown) so that when an axial movement of the rack 22 also the adjusting shaft is moved in the axial direction. As a result, in turn, for example, a rotation of the valve or a valve of the valve can be done. The valve can be rotated between a (fully) closed and a (fully) open position or in virtually any intermediate positions between these end positions.

Auf die Zahnstange 22 wirkt darüber hinaus eine Rückstelleinrichtung 29. Die Rückstelleinrichtung 29 umfasst eine in einem Gehäuse 28 angeordnete zylindrische Schraubenfeder 30, wie in der insoweit transparenten Darstellung der 1 bis 3 zu erkennen. Die Schraubenfeder 30 wirkt über ein Anschlussstück 32 auf die Zahnstange 22. Insbesondere wird die Zahnstange 22 von der Schraubenfeder 30 in axialer Richtung in den 2 und 3 nach rechts vorgespannt. Sofern auf das Zahnrad 18 und damit auf die Zahnstange 22 neben der von der Schraubenfeder 30 ausgeübten Rückstellkraft keine weiteren Kräfte wirken, insbesondere keine Kräfte durch den Drehstrommotor 10, führt die Rückstellkraft dazu, dass die Armatur über die Verstellwelle in eine Sicherheitsstellung, beispielweise eine geschlossene oder eine geöffnete Stellung bewegt wird. Wird im Betrieb dagegen der Drehstrommotor 10 über den Frequenzumrichter 14 zu einer Drehbewegung angesteuert, so wird die Zahnstange 22 über das Zahnrad 18 gegen die Rückstellkraft der Schraubenfeder 30 in axialer Richtung in den 2 und 3 nach links bewegt. Hierdurch wird die Armatur über die Verstellwelle gegenüber ihrer Sicherheitsstellung ebenfalls bewegt. Dabei kommt es zu einer Komprimierung der Schraubenfeder 30. Der Drehstrommnotor 10 arbeitet also gegen die durch die Schraubenfeder 30 ausgeübte Rückstellkraft. Zum Verstellen der Zahnstange 22 und damit der Armatur muss von dem Drehstrommotor 10 somit ein bestimmtes Drehmoment aufgebracht werden. Die Verstelleinrichtung umfasst daher weiterhin eine in den Frequenzumrichter 14 integrierte Drehmomentaufnahmeeinrichtung, die den jeweiligen Istwert des von dem Drehstrommotor 10 aufgebrachten Drehmoments aufnimmt, beispielsweise misst. Die von der Drehmomentaufnahmeeinrichtung jeweils aufgenommenen Drehmoment-Istwerte werden an eine Steuer- und Regeleinrichtung übermittelt, die beispielsweise in den Frequenzumrichter 14 integriert sein kann. Abhängig von einer Positionsvorgabe für die Armatur vergleicht die Steuer- und Regeleinrichtung die von der Drehmomentaufnahmeeinrichtung bereitgestellten Drehmoment-Istwerte mit einem für die vorgegebene Stellung der Armatur vorab ermittelten Drehmoment-Sollwert. Auf Grundlage dieses Vergleichs steuert die Steuer- und Regeleinrichtung den Drehstrommotor 10 so an, dass der von dem Drehmomentaufnehmer aufgenommene Drehmoment-Istwert möglichst genau dem Drehmoment-Sollwert entspricht. Die Steuer- und Regeleinrichtung regelt den Drehroment-Istwert also auf den jeweiligen Drehmoment-Sollwert. Die Vorrichtung umfasst außerdem eine manuell zu betätigende Verstellung 26, mit der die Armatur manuell gegen die Rückstellkraft der Schraubenfeder 30 verstellt werden kann, beispielsweise bei einem Versagen der elektrischen Versorgung. Bei dem Bezugszeichen 34 ist außerdem ein optionales Anzeigegerät für die Position des Antriebs der Armatur gezeigt.On the rack 22 In addition, a reset device acts 29 , The reset device 29 includes one in a housing 28 arranged cylindrical coil spring 30 as in the extent transparent presentation of 1 to 3 to recognize. The coil spring 30 acts via a connection piece 32 on the rack 22 , In particular, the rack is 22 from the coil spring 30 in the axial direction in the 2 and 3 biased to the right. Unless on the gear 18 and on the rack 22 next to the coil spring 30 exerted restoring force no further forces act, in particular no forces through the three-phase motor 10 , the restoring force causes the valve via the adjusting shaft in a safety position, for example, a closed or an open position is moved. In operation, however, the three-phase motor 10 over the frequency converter 14 driven to a rotary motion, so is the rack 22 over the gear 18 against the restoring force of the coil spring 30 in the axial direction in the 2 and 3 moved to the left. As a result, the valve via the adjusting against its safety position is also moved. This results in a compression of the coil spring 30 , The three-phase motor 10 works against the by the coil spring 30 applied restoring force. For adjusting the rack 22 and therefore the valve must be powered by the three-phase motor 10 thus a certain torque can be applied. The adjusting device therefore further comprises one in the frequency converter 14 integrated torque receiving device, the respective actual value of the of the three-phase motor 10 absorbs applied torque, for example, measures. The actual torque values recorded by the torque-receiving device are transmitted to a control and regulating device, for example, in the frequency converter 14 can be integrated. Depending on a position specification for the fitting, the control and regulating device compares the torque actual values provided by the torque receiving device with a torque setpoint previously determined for the predetermined position of the valve. Based on this comparison, the control device controls the three-phase motor 10 such that the actual torque value received by the torque transducer corresponds as closely as possible to the torque setpoint. The control and regulating device thus controls the rotational torque actual value to the respective torque setpoint. The device also includes a manually operated adjustment 26 , with which the valve is manually against the restoring force of the coil spring 30 can be adjusted, for example, in a failure of the electrical supply. At the reference 34 In addition, an optional indicator for the position of the drive of the valve is shown.

Auf Grundlage dieser Regelung ist eine präzise Ansteuerung des Drehstrommotors 10 und damit eine präzise Verstellung der Armatur in die jeweils vorgegebene Stellung möglich, ohne dass hierzu separate Signalleitungen oder Sensoren erforderlich wären. Allein anhand des von dem Drehstrommotor 10 aufgebrachten Drehmoments kann auf die jeweilige Stellung der Armatur geschlossen werden. Außerdem kann die Steuer- und Regeleinrichtung dazu ausgebildet sein, in der oben erläuterten Weise auf Grundlage der von dem Drehmomentaufnehmer bereitgestellten Drehmoment-Istwerte auf einen Verschleiß oder eine Beschädigung der Vorrichtung zu schließen und gegebenenfalls eine Warnmeldung auszugeben. Kommt es zu einem Versagen der Versteileinrichtung, insbesondere des Drehstrommotors 10, beispielsweise aufgrund eines Ausfalls der elektrischen Energieversorgung, sorgt die Schraubenfeder 30 der Rückstelleinrichtung 29 dafür, dass die Armatur sicher in ihre Sicherheitsstellung verfahren wird. Hierzu ist keine zusätzliche Kupplung zwischen dem Drehstrommotor 10 und dem Betätigungsteil der Armatur erforderlich. Dies vereinfacht den konstruktiven Aufbau bei gleichzeitig hoher Betriebssicherheit.Based on this regulation is a precise control of the three-phase motor 10 and thus a precise adjustment of the valve in the respective predetermined position possible without the need for separate signal lines or sensors would be required. Alone on the basis of the three-phase motor 10 Applied torque can be closed to the respective position of the valve. In addition, the control and regulating device may be designed to close in the manner described above on the basis of the actual torque values provided by the torque transducer on wear or damage to the device and optionally issue a warning message. If there is a failure of the adjusting device, in particular the three-phase motor 10 , for example, due to a failure of the electrical power supply, provides the coil spring 30 the return device 29 ensuring that the valve is safely moved to its safety position. There is no additional coupling between the three-phase motor 10 and the actuating part of the valve required. This simplifies the structural design while maintaining high reliability.

4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Vorrichtung nach dem zweiten Ausführungsbeispiel entspricht weitgehend dem Ausführungsbeispiel nach den 1 bis 3 und gleiche Gegenstände sind mit gleichen Bezugszeichen markiert. Im Unterschied zu der Vorrichtung nach den 1 bis 3 umfasst die Rückstelleinrichtung 29' bei der Vorrichtung nach 4 allerdings mehrere in entsprechenden Gehäusen 28, 28' angeordnete Rückstellfedern, wobei die Federpakete mit ihren Gehäusen 28, 28' in der Axialrichtung 24 übereinander angeordnet sind. In 4 strichpunktiert angedeutet sind weitere Gehäuse 28'', 28''', in denen ebenfalls Rückstellfedern angeordnet sein können. Wie in 4 zu erkennen, sind die Gehäuse 28'', 28''' mit ihren Rückstellfedern jeweils gegenläufig wirkend zu den Gehäusen 28, 28' mit ihren Rückstellfedern angeordnet. Sämtliche Rückstellfedern der Rückstelleinrichtung 29' bei der Vorrichtung nach 4 wirken über geeignete Zahnstangen und Zahnräder (nicht gezeigt) gemeinsam auf das Betätigungselement, beispielsweise die Verstellwelle, der Armatur. Auf diese Weise lassen sich sehr hohe Drehmomente bei kompaktem Aufbau erreichen. 4 shows a second embodiment of a device according to the invention. The device according to the second embodiment largely corresponds to the embodiment of the 1 to 3 and the same objects are marked with the same reference numerals. Unlike the device according to the 1 to 3 includes the reset device 29 ' in the device after 4 but several in corresponding housings 28 . 28 ' arranged return springs, wherein the spring packs with their housings 28 . 28 ' in the axial direction 24 are arranged one above the other. In 4 dash-dotted lines are indicated further housing 28 '' . 28 ''' in which also return springs can be arranged. As in 4 to recognize, are the housings 28 '' . 28 ''' with their return springs in each case counteracting to the housings 28 . 28 ' arranged with their return springs. All return springs of the return device 29 ' in the device after 4 act on suitable racks and gears (not shown) together on the actuator, such as the adjusting, the valve. In this way, very high torques can be achieved with a compact design.

Claims

Device for actuating a valve, comprising - an adjusting device which controls a controlled motor ( 29 ) which comprises an actuating part of the fitting against the restoring force of a restoring device (in a predetermined direction on the actuating part) ( 29 ) can move into a predetermined position, - wherein the restoring device ( 29 ) at least one spring ( 30 ), - a control device, - a rack ( 22 ), the spring ( 30 ) on the rack ( 22 ), - and a gear ( 18 ), which with the rack ( 22 ) and the operating part of the fitting is engaged, characterized in that - the motor is a three-phase motor ( 29 ), which is controlled by an inverter ( 14 ), - the control device with the converter ( 14 ) and that each position of the valve has a specific set value for one of the three-phase motor ( 10 ) applied torque or one of the inverter ( 14 ) the three-phase motor ( 10 ) or one of the inverter ( 14 The control device is designed to control the converter in such a way that the desired value is reached, wherein the control device is furthermore designed to detect, based on a tendency to change of the three-phase motor ( 10 ) applied torque or that of the inverter ( 14 ) the three-phase motor ( 10 ) or the voltage supplied by the inverter ( 14 ) recorded electrical current on wear or damage to the device and issue a warning message.

Apparatus according to claim 1, characterized in that between the three-phase motor ( 10 ) and the actuating part of the fitting a transmission ( 16 ), in particular a non-self-locking transmission ( 16 ) is arranged.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the adjusting device a holding device ( 12 ), with which the actuating part can be held in a predetermined position by the adjusting device.

Apparatus according to claim 3, characterized in that the holding device ( 12 ) a braking device ( 12 ) for the three-phase motor ( 10 ).

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the restoring device ( 29 ) exerts a restoring force on the actuating part in the direction of a closed position or an open position of the valve.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the restoring device ( 29 ) several springs ( 30 ).

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the actuating part comprises an adjusting shaft.

Fitting with an actuating part for actuating the valve between a closed position and an open position, comprising a device according to one of the preceding claims.