DE19519638A1 - Ventilstellantrieb mit Sicherheitsstellfunktion zur Betätigung eines Ventils - Google Patents
Ventilstellantrieb mit Sicherheitsstellfunktion zur Betätigung eines VentilsInfo
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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
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 (8)
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.
Priority Applications (1)
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DE1995119638 DE19519638C2 (de) | 1995-05-30 | 1995-05-30 | Ventilstellantrieb mit Sicherheitsstellfunktion zur Betätigung eines Ventils |
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