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Elektromotorischer Antrieb für Ventile, Schieber od. dgl. Die Erfindung
bezieht sich auf einen elektromotorischen Antrieb für Ventile, Schieber od. dgl.,
bei dem bei Überschreiten eines bestimmten Normaldrehmoments ein entgegen einer
Federkraft axial verschiebbares, drehmomentübertragendes Getriebeteil Endausschalter
betätigt und eine Vorrichtung beim Anlaufen kurzzeitig ein das Normaldrehmoment
übersteigendes Lösungsmoment wirksam werden läßt.
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Bei einem elektromotorischen Antrieb von Schiebern, Ventilen od. dgl.
ist es erforderlich, daß der Antrieb bei Überschreiten eines bestimmten Drehmoments
abgeschaltet wird, damit im Fall einer Blockierung durch Fremdkörper, eines Hängenbleibens
oder ähnlicher Störungen ein Beschädigen vermieden wird. Ferner soll das bewegliche
Teil des Absperrorgans (Ventilteller, Schieberkeil) mit einem bestimmten begrenzten
Drehmoment in die Schließstellung gebracht werden, damit die Dichtigkeit des Verschlusses
gewährleistet ist. Nach Erreichen der Öffnungs- oder Schließstellung soll sich der
Antrieb selbsttätig ausschalten. Diese Forderungen lassen sich dadurch erfüllen,
daß in dem Kraftübertragungsweg zwischen dem Motor und dem beweglichen Teil des
Absperrorgans ein Getriebeteil vorgesehen wird, das in Abhängigkeit von dem übertragenen
Drehmoment gegen eine Federkraft verschiebbar ist und bei Erreichen einer bestimmten
Stellung in der einen und in der anderen Antriebsrichtung jeweils einen Endausschalter
betätigt, der den Antrieb stillsetzt. Die Stellung wird so gewählt, daß sie dem
gewünschten Endmoment beim Schließen bzw. Öffnen des Absperrorgans entspricht. Der
Antrieb wird daher selbsttätig abgeschaltet, sobald das bewegliche Teil des Absperrorgans
bei Erreichen seiner Endstellung mit dem gewünschten Endmoment auf seinen Anschlag
gepreßt wird oder wenn während der Bewegung dieses Teils dieses Normaldrehmoment
aus irgendeinem Grund überschritten wird.
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Nun besteht aber die weiter-- Forderung, daß beim Anlaufen des Antriebs
kurzzeitig ein wesentlich größeres Drehmoment wirksam wird, damit das bewegliche
Teil des Absperrorgans von seinem Sitz gelöst werden kann. Dieses Lösungsmoment
könnte mit der zuvor beschriebenen Anordnung niemals erreicht werden, weil der Antrieb
bereits beim Erreichen des wesentlich kleineren Normaldrehmoments stillgesetzt würde.
Es muß daher eine Einrichtung vorgesehen werden, welche beim Anlaufen das größere
Lösungsmoment kurzzeitig zur Wirkung kommen läßt. Da es jedoch möglich ist, daß
auch das größere Lösungsmoment nicht zum Lösen des Antriebs ausreicht, ist zur Vermeidung
einer Zerstörung des Antriebs eine weitere Schutzeinrichtung erwünscht, die beim
überschreiten des maximal zulässigen Lösungsmoments den Antrieb ausschaltet.
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Es sind Antriebe bekannt, welche alle zuvor geschilderten Wirkungen
ergeben. Bei einer bekannten Anordnung dieser Art sind mit dem axial verschiebbaren
Getriebeteil Steuernocken verbunden, welche zwei zweipolige Umschalter betätigen.
Weitere Schalter werden von dem beweglichen Absperrorgan in der einen bzw. anderen
Endstellung geschlossen. Die verschiedenen Schalter sind so miteinander und mit
den Schützen des Elektromotors verdrahtet, daß die gewünschte Drehmomentbegrenzung
eintritt. Dies wird jedoch mit einem verhältnismäßig teuren und komplizierten Aufbau
.erkauft. Es können keine handelsüblichen Schalter verwendet werden, sondern für
jeden Anwendungsfall müssen besondere Steuernocken und dazu passende Schalter gefertigt
werden. Dabei ist zu bedenken, daß ein möglichst einfacher und betriebssicherer
Aufbau gerade für Ventil- und Schieberantriebe unerläßlich ist, weil diese oft unter
sehr rauhen Betriebsbedingungen arbeiten müssen.
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Ziel der Erfindung ist daher die Schaffung eines Antriebs der eingangs
angegebenen Art, der im Vergleich zu den bekannten Anordnungen einen sehr einfachen
und
betriebssicheren Aufbau hat und dennoch alle gestellten Anforderungen erfüllt.
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Der Antrieb nach der Erfindung kennzeichnet sich dadurch, daß jeder
Endschalter in der Betätigungsrichtung gegen eine seine Betätigungskraft übersteigende
Federkraft als Ganzes verstellbar ist.
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Bei diesem Antrieb wird jeder Endschalter betätigt, wenn das axiale
verschiebbare Getriebeteil gegen die Federkraft in der betreffenden Richtung um
eine Strecke verschoben ist, die dem zulässigen Normaldrehmoment entspricht. Dann
schaltet der betreffende Endschalter den Antrieb in dieser Richtung aus. Wenn dagegen
das größere Lösungsmoment zur Wirkung kommen soll, kann der ganze Endschalter gegen
seine Federkraft in der Betätigungsrichtung verschoben werden, so daß das axiale
verschiebbare Getriebeteil die Feder um eine dem größeren Lösungsmoment entsprechende
Strecke weiter zusammendrücken kann.
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Eine erste Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß eine Schaltvorrichtung
beim Anlaufen den in der betreffenden Antriebsrichtung wirksamen Endausschalter
kurzzeitig überbrückt.
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Bei dieser Ausführungsform schiebt das axial verschiebbare Getriebeteil
den betreffenden Endausschalter vor sich her, so daß er sich über die dem Normaldrehmoment
entsprechende Stellung hinaus bis in die dem Lösungsmoment entsprechende Stellung
bewegen kann.
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Eine andere Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß das angetriebene
Organ mit jedem Endausschalter mechanisch derart verbunden ist, daß es bei Erreichen
seiner Endstellung den in der Gegenrichtung wirksamen Endausschalter in seiner Betätigungsrichtung
um eine solche Strecke verstellt, daß er von dem axial verschiebbaren Getriebe erst
bei überschreiten des Lösungsmoments betätigt wird.
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Ein wesentlicher Vorteil beider Ausführungsformen besteht darin, daß
als Grenzschalter einfache gekapselte Ausschalter verwendet werden können, beispielsweise
die handelsüblichen Mikroschalter.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung beispielshalber erläutert.
Darin zeigt Fig. 1 eine Ansicht des Getriebes mit den Endschaltern bei der ersten
Ausführungsform, Fig.2 ein schematisches Schaltbild für die erste Ausführungsform
und Fig. 3 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform.
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Fig. 1 zeigt die Abtriebswelle 1 des Antriebsaggregats 2. Auf dieser
Antriebswelle ist ein schrägverzahntes Ritzel 3 drehfest, aber axial verschiebbar
gelagert. Das Ritzel kämmt mit einem schrägverzahnten Zahnrad 4 auf der Spindel
5, die das bewegliche Teil des Absperrorgans betätigt und steigend oder nicht steigend
ausgeführt sein kann. Das Ritzel 3 wird durch Federn 6 und 7, die gegen Reguliermuttern
8 bzw. 9 abgestützt sind, in der Mittelstellung gehalten, wenn die Anordnung im
Stillstand ist. Beim Bertieb entsteht infolge des übertragenen Drehmoments an den
schrägen Zahntanken eine axiale Kraftkomponente, welche das Ritzel 3 je nach der
Antriebsrichtung gegen die Kraft der Feder 6 oder gegen die Kraft der Feder 7 zu
verschieben sucht. Das Ritzel 3 nimmt dann eine Stellung ein, die von der Größe
des übertragenen Drehmoments abhängt. Durch eine entsprechende Vorspannung der Federn
wird erreicht, daß die Axialbewegung des Ritzels erst bei überschreiten eines bestimmten
Drehmomentwertes einsetzt.
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Zu beiden Seiten des Ritzels 3 sind Endschalter 10 bzw. 11 angeordnet.
Diese Endschalter sind nicht starr an dem Getriebegehäuse befestigt, sondern über
Feden 14 bzw. 15 an starren Trägern 16 bzw. 17 abgestützt. Einstellmuttern 12 bzw.
13 erlauben die Einstellung der Federkraft. Die Federn werden so eingestellt, daß
sie eine Verschiebung der Schalter erst bei einer Kraft zulassen, welche die zur
Betätigung des Schalters erforderliche Kraft übersteigt.
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Die Betätigung der Schalter 10 und 11 erfolgt durch Schaltarme 19
bzw. 20, die so in die Bahn des Ritzels 3 ragen, daß sie von diesem erfaßt werden,
wenn sich das Ritzel um eine bestimmte Strecke in der betreffenden Richtung bewegt.
Der Schalter 10 wird also dann betätigt, wenn bei der einen Drehrichtung (die beispielsweise
dem Schließen des Absperrorgans entspricht) ein bestimmtes Drehmoment überschritten
wird, dessen Größe durch die Kraft der Feder 6 bestimmt ist. In entsprechender Weise
wird der Schalter 11 betätigt, wenn beim Öffnen des Absperrorgans ein durch die
Kraft der Feder 7 bestimmtes Drehmoment überschritten wird.
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Es ist zu ersehen, daß die Endschalter 10 und 11 einfache, handelsübliche
Ausschalter sein können, beispielsweise sogenannte Mikroschalter. Die geschilderte
Wirkungsweise hängt nicht vom Aufbau der Schalter, sondern von deren Einbau mittels
der Federn 13, 14, der Muttern 12, 13 und der Träger 16, 17 ab.
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In Fig. 2 ist der Anschluß der Endschalter 10 und 11 dargestellt.
Als Beispiel ist angenommen, daß die Spindel 5 direkt mit dem Keil 21 eines Absperrschiebers
22 verbunden und steigend ausgeführt ist. Ferner ist angenommen, daß sich das Ritzel
3 beim Senken des Schieberkeils 21 nach oben und beim Heben nach unten verschiebt.
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Der Endschalter 10 liegt in dem Erregungsstromkreis des das Senken
bewirkenden Schaltschützes 23, während der Schalter 11 in dem Stromkreis des Schaltschützes
24 liegt, welches das Antriebsaggregat 2 in der Hubrichtung einschaltet.
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Die Schalter 10 und 11 sind so ausgeführt, daß sie normalerweise geschlossen
sind und bei ihrer Betätigung geöffnet werden. In dem Erregungsstromkreis des Schützes
23 liegt in Reihe mit dem Schalter 10 ein Handschalter 25, der zum Einschalten der
Schließbewegung des Schiebers 22 dient. Ein entsprechender Schalter 26 liegt im
Erregungsstromkreis des Schützes 24 und ermöglicht das Einschalten der Öffnungsbewegung
des Schiebers.
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Parallel zu dem Schalter 10 liegt ein weiterer Schalter 27 und parallel
zu dem Schalter 11 ein Schalter 28. Diese Schalter sind so angeordnet, daß sie normalerweise
geöffnet sind. Durch ein mit der Spindel 5 verbundenes Glied 29 wird der Schalter
27 kurz vor Erreichen der obersten Grenzstellung des Schieberkeils 21 geschlossen.
Er wird wieder geöffnet, kurz nachdem der Schieberkeil 21 bei der Abwärtsbewegung
die obere Grenzstellung verlassen hat. In entsprechenderWeise wird der Schalter28
geschlossen, kurz bevor der Schieberkeil 21 die untere Grenzstellung erreicht hat,
und er öffnet sich wieder kurz nach dem Verlassen der unteren Grenzstellung des
Schieberkeils. Solange die Schalter 27 bzw. 28 geschlossen sind, sind die Endschalter
10 bzw. 11 überbrückt und damit unwirksam.
Die beschriebene Anordnung
hat die folgende Wirkungsweise: Es sei angenommen, daß der Schieberkeil 21 in der
dargestellten oberen Grenzstellung steht und geschlossen werden soll. Durch Schließen
des im Stromkreis des Senkschützes 23 liegenden Schalters 25 wird dieses Schütz
erregt, so daß sich das Antriebsaggregat 2 in der Senkrichtung zu drehen beginnt.
Zu Beginn dieser Bewegung ist der Schalter 27 geschlossen, so daß der Endschalter
10 überbrückt ist; kurz nach Verlassen der obersten Stellung des Schieberkeils 21
öffnet sich aber der Schalter 27, so daß der Stromkreis des Schützes 23 nur noch
durch den normalerweise geschlossenen Endschalter 10 aufrechterhalten wird.
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Solange die Senkbewegung des Schieberkeils 21 normal erfolgt, ist
das erforderliche Antriebsmoment so gering, daß sich das Ritzel 3 nicht gegen die
Vorspannung der Feder 6 nach oben verschiebt. Stößt dagegen der Schieberkeil 21
auf ein Hindernis, das seine weitere Abwärtsbewegung hemmt, so erhöht sich das Widerstandsmoment,
und das Ritzel 3 beginnt sich beim Überschreiten eines bestimmten Drehmoments gegen
die Kraft der Feder 6 nach oben zu bewegen. Bei Erreichen des zulässigen Normalmoments
stößt das Ritzel gegen den Schaltarm des Endschalters 10, wodurch dieser geöffnet
wird. Dadurch wird der Stromkreis des Schützes 23 unterbrochen, und das Schütz fällt
ab, so daß das Antriebsaggregat stillgesetzt wird. Gegebenenfalls kann dann durch
Schließen des Schalters 26 der Stromkreis des Hubschützes 24 geschlossen werden,
so daß der Schieberkeil 21 wieder gehoben wird.
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Wenn dagegen der Schieberkeil 21 seine Abwärtsbewegung ungehindert
bis zur unteren Grenzstellung fortsetzen kann, wird kurz vor Erreichen dieser Grenzstellung
der Schalter 28 geschlossen. Kurz danach stößt der Schieberkeil 21 auf den unteren
Anschlag, wodurch er angehalten wird. Dadurch steigt wieder das Antriebsmoment,
und das Ritzel 3 bewegt sich nach oben. Sobald das zulässige Normalmoment erreicht
ist, wird der Endschalter 10 wieder betätigt, und der Antrieb wird stillgesetzt.
Dadurch wird erreicht, daß der Schieber 22 mit einem bestimmten Schließmoment geschlossen
ist, das durch die Einstellung der Feder 6 bestimmt ist und dem zulässigen Normalmoment
entspricht. Dadurch ist ein dichter Verschluß des Schiebers in der Schließstellung
gewährleistet.
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Wenn der Schieber wieder geöffnet werden soll, wird der Handschalter
26 des Hubschützes 24 betätigt. Es sei nun angenommen, daß sich der Schieberkeil
21 etwas festgefressen hat, so daß zum Lösen ein Drehmoment erforderlich ist, welches
größer als das zulässige Normalmoment ist. Das Ritzel 3 wird sich daher gegen die
Kraft der Feder 7 nach unten bewegen und den Endschalter 11 betätigen. Diese Betätigung
des Endschalters 11 bleibt aber ohne Wirkung, weil der Schalter durch den noch geschlossenen
Schalter 28 überbrückt ist. Der Antrieb wird trotz der Betätigung des Schalters
11 nicht ausgeschaltet, und das Drehmoment steigt weiter an. Das Ritzel 3 bewegt
sich daher noch weiter nach unten und nimmt dabei den ganzen Endschalter 11 mit,
den es gegen die Kraft der Feder 15 verschiebt. Sobald der Schieberkeil 21 gelöst
ist und seine Aufwärtsbewegung beginnt, fällt das Drehmoment auf das normale Antriebsmoment,
und das Ritzel 3 kehrt in seine Mittelstellung zurück. Der Schalter 11 wird dadurch
wieder freigegeben und schließt sich. Kurz nach Verlassen der Endstellung des Schieberkeils
21 öffnet sich der Schalter 28, so daß der Endschalter 11 seine normale Überwachungsfunktion
übernehmen kann. Wenn nun bei der Aufwärtsbewegung des Schieberkeils 21 ein Hindernis
auftritt oder der Schieberkeil seinen oberen Anschlag erreicht, betätigt das Ritzel
3 den Endschalter 11 und setzt dadurch den Antrieb still.
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Um eine Zerstörung der Anlage zu vermeiden, wenn sich der Schieberkeil
21 auch bei dem großen Lösungsmoment nicht bewegt, können weitere Grenzschalter
vorgesehen werden, die entweder von dem Ritzel 3 bei Erreichen einer dem maximalen
Lösungsmoment entsprechenden Stellung betätigt werden oder durch die Gehäuse der
Endschalter 10 bzw. 11, wenn diese um eine bestimmte Strecke verschoben sind.
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Bei dem in Fig.2 dargestellten Ausführungsbeispiel werden die Schalter
27 und 28 durch ein von der Stellung des Schieberkeils 21 abhängiges Organ 29 betätigt.
Es könnte statt dessen auch ein Zeitschah werk vorgesehen werden, das nach dem Einschalten
des Antriebsaggregats den betreffenden Schalter 27 bzw. 28 für eine kurze Zeit geschlossen
hält.
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In Fig. 3 ist eine andere Ausführung dargestellt, welche Schalter
27 und 28 sowie das Anbringen zusätzlicher Grenzschalter zur Begrenzung des Lösungsmoments
überflüssig macht. Hierzu ist allerdings Voraussetzung, daß die Spindel 5 als steigende
Spindel ausgebildet ist, was bei der Anordnung von Fig.2 nicht unbedingt erforderlich
ist. Die Schalter 10 und 11 sind mit schematisch angedeuteten Kulissen 30 bzw. 31
verbunden, welche mit Anschlägen 32 bzw. 33 an der Spindel 5 zusammenwirken. Die
Kulisse 30 wird von dem Anschlag 32 erfaßt, kurz bevor der Schieberkeil 21 seine
obere Grenzstellung erreicht. Diese Kullise nimmt dann den Grenzschalter 10 gegen
die Kraft der Feder 14 um eine kurze Strecke mit. Dies hat zur Folge, daß sich das
Ritzel 3 um eine größere Strecke gegen die Kraft der Feder 6 verstellen muß, bevor
es den Endschalter 10 betätigen kann. Dies bedeutet, daß der Endschalter
10 erst bei einem größeren Drehmoment in der Senkrichtung anspricht. Dieses größere
Drehmoment entspricht dem maximal zulässigen Lösungsmoment. Sobald der Schieberkeil
21 die obere Grenzstellung verlassen hat, kehrt der Schalter 10 in seine Normalstellung
zurück, so daß er den Stromkreis des Schützes 23 bereits beim Erreichen des zulässigen
Normalmoments unterbricht.
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In gleicher Weise arbeitet der Anschlag 33 mit der Kulisse 31 beim
Erreichen der unteren Grenzstellung des Schieberkeils 21 zusammen.