DE19519638A1

DE19519638A1 - Ventilstellantrieb mit Sicherheitsstellfunktion zur Betätigung eines Ventils

Info

Publication number: DE19519638A1
Application number: DE1995119638
Authority: DE
Inventors: Helmut Hanemann; Wilhelm Frank; Thorsten Pisker
Original assignee: Samson AG
Current assignee: Samson AG
Priority date: 1995-05-30
Filing date: 1995-05-30
Publication date: 1996-12-05
Anticipated expiration: 2015-05-31
Also published as: DE19519638C2

Description

Die Erfindung betrifft einen ventilstellantrieb mit Sicher heitsstellfunktion zur Betätigung eines Ventils, bestehend aus einem in der Drehrichtung umkehrbaren Antriebsmotor, dessen Antriebskraft über ein Getriebe auf einen Stößel zur Ventil betätigung wirkt, einer elektromagnetischen Bremse und einem Federspeicher, der im normalen Betrieb durch die Wirkung der elektromagnetischen Bremse mit dem Antriebsmotor gekoppelt ist.

Ventile werden im allgemeinen in Gas- oder Flüssigkeitsleitun gen angeordnet, um den Durchfluß oder auch indirekt die Temperatur einzustellen. Aus Sicherheitsgründen ist es dabei notwendig, die Ventile bei Ausfall der Stromversorgung in eine definierte Ventilstellung zu bringen, die üblicherweise die Schließstellung sein wird.

Dazu ist es bereits bekannt, die in einer gespannten Feder gespeicherte Energie zum Schließen eines Ventils zu nutzen, wobei das Schalten durch eine elektromagnetische Kupplung ausgelöst wird. Solche Kupplungen, die auf die gespeicherte Energie einer vorher manuell aufgezogenen Spiralfeder umschal ten, konnten sich insbesondere aufgrund hoher Herstellkosten jedoch nicht durchsetzen.

Aus der DE 38 43 398 A1, die zur Bildung des Oberbegriffes von Patentanspruch 1 herangezogen wurde, ist es bekannt, den Antriebsmotor zum Antrieb des Ventilkörpers des Ventils auch zum Aufziehen des Federspeichers auszunutzen. Auch hier wird ein Elektromagnet eingesetzt, um Fehlfunktionen durch Öffnen oder Schließen des Ventils bei Stromausfall zu vermeiden.

Alle bekannten Sicherheitsschließmechanismen haben den Nachteil, daß der Federspeicher sich beim Schließen des Ventils entspannt und sich dadurch die während der Ven tilschließbewegung zur Verfügung stehende Federkraft konti nuierlich verringert. Das bedeutet, daß die Schließkraft im Ventilsitz mit der geringsten Federkraft einhergeht, obwohl die Schließkraft möglichst groß sein soll. Um die Abnahme der Federkraft zu berücksichtigen, muß die Kraft des Federspei chers entsprechend größer ausgelegt sein. Dies gilt somit auch für den Antriebsmotor, der im Betrieb ständig der Federkraft entgegenarbeitet.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Ventilstellantrieb mit Sicherheitsstellfunktion zu realisie ren, der eine Abnahme der Kraft auf den Ventilkörper im Schließbereich des Ventils vermeidet.

Diese Aufgabe wird von einem Ventilstellantrieb mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausge staltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß der Federspeicher als Rotationsfederspeicher ausgebildet ist, dessen Ausgangswelle mit einem Exzenterkörper verbunden ist, der auf den Stößel zur Ventilbetätigung einwirkt, wobei der Hebelarm des Exzenterkör pers seine hänge im Schließbereich des Ventils stetig verän dert und bei geschlossenem Ventil die geringste hänge auf weist. Obwohl das Drehmoment des Rotationsfederspeichers bei Entspannung der Feder kleiner wird, nimmt somit die auf den Ventilkörper wirkende Kraft nicht ab, da der Hebelarm des Exzenterkörpers während dieser Bewegung auch verkürzt wird.

Bevorzugt ist der Exzenterkörper als Planetenradträger aufgebaut.

Vorteilhaft trägt der Exzenterkörper eine oder mehrere verstellbare Kurvenscheiben, die über einen oder mehrere Schalter eine die Ventilstellung kennzeichnende Größe, wie beispielsweise Ventil zu/auf, als Schaltfunktion abgibt/ab geben.

Weiter vorteilhaft stellt die elektromagnetische Bremse die Wirkverbindung zwischen dem Antriebsmotor und dem Getriebe her, wobei die elektromagnetische Bremse das Bremsmoment ausschließlich über magnetische Feldlinien überträgt.

Es ist bevorzugt, daß die elektromagnetische Bremse mit einer Fliehkraftbremse gekoppelt ist, die die Schließbewegung des Ventils bei gelöster elektromagnetische Bremse abbremst.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung besteht die elektromag netische Bremse aus einer Spule und zwei weichmagnetischen Käfigen, wobei der die Spule umgebende innere Käfig fest mit dieser gekoppelt ist, der äußere Käfig ohne mechanische Verbindung zum inneren Käfig auf einer Welle gehalten ist und die beiden weichmagnetischen Käfige bei stromdurchflossener Spule ein gegenseitiges Haltemoment aufeinander ausüben.

Die Fliehkraftbremse kann Gewichte enthalten, die austauschbar und in ihrer Anzahl veränderlich vorgesehen sind. Somit ist eine einfache Möglichkeit geboten, die geforderte Schließzeit entsprechend der unterschiedlichen Nennweiten bzw. Ventilhübe einzustellen.

Schließlich kann auch eine Handverstellung vorgesehen sein, die mit einem Zwischenrad des Getriebes kämmt und über die sowohl das Ventil manuell bewegt werden kann als auch gleich zeitig die Laufrichtung des Ventils an der Drehrichtung erkennbar ist.

Im folgenden soll die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert werden. Dabei zeigt die einzige Zeichnungsfigur eine bevorzugte Ausführungsform eines Ventil - Stellantriebes mit Sicherheitsstellfunktion nach der Erfindung in einer schematisierten, perspektivischen Darstellung.

Der in der Zeichnungsfigur dargestellte Ventilstellantrieb mit Sicherheitsstellfunktion besteht aus einem in der Drehrichtung umkehrbaren Antriebsmotor 15, einer elektromagnetischen Bremse 13, einer Fliehkraftbremse 17, einem Getriebe 27-55 und einem als Rotationsfederspeicher ausgebildeten Federspeicher 5, dessen Ausgangswelle mit einem Exzenterkörper 1 verbunden ist. Der Exzenterkörper 1 wirkt bei seiner Drehung derart auf den Stößel 3, der das Ventil betätigt, ein, daß der Hebelarm des Exzenterkörpers 1 seine hänge im Bereich der Schließ bewegung des Ventils stetig verändert und insbesondere bei geschlossenem Ventil die geringste Länge aufweist.

Dazu ist der Exzenterkörper 1 als Planetenradträger aufgebaut, auf dem sich sechs Planetenräder 31 befinden, die in einem mit dem Gehäuse fest verbundenen Hohlrad 33 rotieren und über ein Sonnenrad 35 angetrieben werden. Das Sonnenrad 35 ist selbst auch als Planetenradträger aufgebaut, auf dem sich vier Planetenräder 37 befinden, die in einem mit dem Gehäuse über eine Druckfeder 39 gehaltenen Hohlrad 41 rotieren und über ein weiteres Sonnenrad 43 angetrieben werden. Das Hohlrad 41 mit der Feder 39 hat die Aufgabe, bei Überlastung des Getriebes einen der beiden Schalter 45 zu betätigen, um den Antriebsmo tor 15 anzuhalten.

Weiterhin befinden sich auf dem Exzenterkörper 1 zwei ver stellbare Kurvenscheiben 7, 8, die über zwei Schalter 11, 12 eine einstellbare Schaltfunktion, wie beispielsweise die Information Ventil zu/auf, abgeben.

Mit einem Zwischenrad 29, das durch das Sonnenrad 43 ange trieben wird, kämmt eine Handverstellung 25, mit der zum Anfahren der Anlage, in dem sich das Ventil befindet, das Ventil geöffnet werden kann. Seine Drehrichtung dient gleich zeitig als Anzeige für die Laufrichtung des Ventils.

Ein weiteres Zwischenrad 46, das mit dem Zwischenrad 29 kämmt, wird über ein Umlaufgetriebe, bestehend aus einem Sonnenrad 47, einem Planetenrad 49, einem Planetenradträger 51 und einem über eine elektromagnetische Bremse 13 festgehaltenen Sonnen rad 53, angetrieben.

Die elektromagnetische Bremse 13 besteht aus einer Spule 19 und zwei weichmagnetischen Käfigen 21, 23, wobei der die Spule 19 umgebende innere Käfig 21 fest mit dieser gekoppelt ist, der äußere Käfig 23 ohne mechanische Verbindung zum inneren Käfig 21 auf einer Welle 27 gehalten ist. Die beiden weich magnetischen Käfige 21, 23 üben bei stromdurchflossener Spule 19 ein gegenseitiges Haltemoment aufeinander aus.

Der Planetenradträger 51 wird über ein Zwischenrad 55 vom Antriebsmotor 15 angetrieben. Tritt ein Störfall ein, bei spielsweise durch Stromausfall, wird die elektromagnetische Bremse 13 gelöst. Damit wird die kraftschlüssige Verbindung zwischen Antriebsmotor 15 und Rotationsfederspeicher 5 unterbrochen, unabhängig davon, ob der Antriebsmotor 15 infolge des Stromausfalls selbst blockiert oder den Planeten radträger 51 weiterhin antreibt.

Der Rotationsfederspeicher 5 wird dadurch nicht mehr von dem Selbsthaltemoment des Antriebsmotors 15 gehalten und be schleunigt über das Getriebe 27-55 das Sonnenrad 53 in einer Drehbewegung.

Damit das Ventil nicht schlagartig schließt und unkontrol lierte Druckspitzen in der Regelstrecke hervorruft, wird das Sonnenrad 53 über eine an der elektromagnetischen Bremse 13 vorgesehenen Fliehkraftbremse 17 abgebremst. Es besteht die Möglichkeit, die Bremswirkung der Fliehkraftbremse 17 durch eine entsprechende Wahl der Gewichte an die Regelung anzupas sen. Auch kann vorgesehen sein, die Gewichte auszutauschen. Beispielsweise können als Gewichte Stahlkugeln verwendet werden, wie beispielsweise bei 57 angezeigt, die mit veränder barer Anzahl eingebaut werden können, und somit eine einfache Möglichkeit bieten, die geforderte Schließzeit entsprechend den unterschiedlichen Nennweiten bzw. Ventilhüben einzustel len.

Die in der vorstehenden Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.

Bezugszeichenliste

1 Exzenterkörper
3 Stößel
5 Rotationsfederspeicher
7 Kurvenscheibe
8 Kurvenscheibe
11 Schalter
12 Schalter
13 Elektromagnetische Bremse
15 Antriebsmotor
17 Fliehkraftbremse
19 Spule
21 Innerer weichmagnetischer Käfig
23 Äußerer weichmagnetischer Käfig
25 Handverstellung
27 Welle
29 Zwischenrad
31 Planetenräder
33 Hohlrad
35 Sonnenrad
37 Planetenräder
39 Druckfeder
41 Hohlrad
43 Sonnenrad
45 Schalter
46 Zwischenrad
47 Sonnenrad
49 Planetenrad
51 Planetenradträger
53 Sonnenrad
55 Zwischenrad
57 Gewichte

Claims

1. Ventilstellantrieb mit Sicherheitsstellfunktion zur Betätigung eines Ventils, bestehend aus einem in der Drehrichtung umkehrbaren Antriebsmotor (15), dessen Antriebskraft über ein Getriebe (27 bis 55) auf einen Stößel (3) zur Ventilbetätigung wirkt, einer elektro magnetischen Bremse (13) und einem Federspeicher, der im normalen Betrieb durch die Wirkung der elektro magnetischen Bremse (13) mit dem Antriebsmotor (15) gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Federspeicher als Rotationsfederspeicher (5) ausgebil det ist, dessen Ausgangswelle mit einem Exzenterkörper (1) verbunden ist, der auf den Stößel (3) einwirkt, wobei der Hebelarm des Exzenterkörpers (1) seine Länge im Schließbereich des Ventils stetig verändert und bei geschlossenem Ventil die geringste Länge aufweist.

2. Ventilstellantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Exzenterkörper (1) als Planeten radträger aufgebaut ist.

3. Ventilstellantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Exzenterkörper (1) eine oder mehrere verstellbare Kurvenscheiben (7, 8) trägt, die über einen oder mehrere Schalter (11, 12) eine die Ventilstellung kennzeichnende Größe als Schaltfunktion abgibt/abgeben.

4. Ventilstellantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetische Bremse (13) die Wirkverbindung zwischen dem Antriebs motor (15) und dem Getriebe (27 bis 55) herstellt, wobei die elektromagnetische Bremse (13) das Brems moment ausschließlich über magnetische Feldlinien überträgt.

5. Ventilstellantrieb nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, daß die elektromagnetische Bremse (13) mit einer Fliehkraftbremse (17) gekoppelt ist, die die Schließbewegung des Ventils bei gelöster elektromag netischer Bremse (13) abbremst.

6. Ventilstellantrieb nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß die elektromagnetische Bremse (13) aus einer Spule (19) und zwei weichmagnetischen Käfigen (21, 23) besteht, wobei der die Spule (19) umgebende innere Käfig (21) fest mit dieser gekoppelt ist, der äußere Käfig (23) ohne mechanische Verbindung zum inneren Käfig (21) auf einer Welle (27) des Getriebes (27 bis 55) gehalten ist und die beiden weichmagneti schen Käfige (21, 23) bei stromdurchflossener Spule (19) ein gegenseitiges Haltemoment aufeinander ausüben.

7. Ventilstellantrieb nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß die Fliehkraftbremse (17) Gewichte (57) enthält, die austauschbar und in ihrer Anzahl verän derlich vorgesehen sind.

8. Ventilstellantrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Handver stellung (25) vorgesehen ist, die mit einem Zwischen rad (29) des Getriebes (27 bis 55) kämmt und über die sowohl das Ventil manuell bewegt werden kann als auch gleichzeitig die Laufrichtung des Ventils an der Drehrichtung erkennbar ist.