DE2259146C3 - Vorrichtung zum Betätigen eines Ventils - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betätigen eines Ventils mit einem elektrischen Stellmotor der mit einer gegen Federwirkung öffnenden Ventilspindel über ein Getriebe verbunden ist, das ein bei einer Störung den Kraftfluß unterbrechendes elektro magnetisches Zwischenglied enthält.

Derartige Betätigungsvorrichtungen für Ventile wer den insbesondere bei Brenneranlagen eingesetzt, beispielsweise um mit dem Ventil die Brennstoffzufuhr zu steuern. Der Stellmotor betätigt während der etwa*, verzögerten Öffnungsbewegung des Ventils meist zu sätzlich noch eine Steuerwelle, die ein vorgegebenes Programm ablaufen läßt, mit welchem die Brenneranlage funktionsbereit gemacht wird. Bei einem Stromaus fall oder einer sonstigen Störung an der Brenneranlagt muß das Ventil sofort geschlossen werden. Dies ge schieht über ein den Kraftfluß zwischen dem Stellmotor und der Ventilspindel unterbrechendes elektromagnetisches Zwischenglied, für das meist elektromagne tische Kupplungen eingesetzt werden. Derartige elektromagnetische Kupplungen sprechen jedoch nicht sicher genug an und arbeiten außerdem relativ langsam. Bei diesen Bauarten sind daher noch zusätzliche Sicherheitsvorkehrungen notwendig, die den baulichen Aufwand und gleichzeitig auch die Störanfälligkeit erhöhen.

Um die Nachteile von elektromagnetischen Kupplungen zu vermeiden ist es bereits bekanntgeworden (DE-OS 20 44 138), die Ventilspindel mit Hilfe eine* Elektromagneten mitzunehmen. Diese Bauart, die zwar sehr schnell anspricht, hat ebenso wie die mit elektromagnetischen Kupplungen arbeitende Bauart den Nachteil, daß der Kraftfluß zwischen der Ventilspindel und dem Stellmotor durch das Zwischenglied hindurchgeleitet wird, so daß die Magnetkräfte wenigstens so stark bemessen werden müssen, daß sie die zum Öffnen des Ventils notwendigen und gegen eine Feder gerichteten Kräfte sicher übertragen können. Zu dem relativ hohen Baufaufwand kommt noch die Gefahr hinzu, daß das Zwischenglied schon bei Stromschwankungen öffnet, durch die nur die magnetische Haltekraft vermin-S den w>rd. während eine tatsächliche Störung nicht vorliegt

Es ist auch bekannt (DE-AS 11 06 573), an eine Ventilspindel eine Zahnstange anzuschließen, in die ein Ritzel eines Getriebes eingreift, das an seiner Eingangsseite mit eimern Elektromotor verbunden ist. Dem Elektromotor ist eine Bremse zugeordnet, die während des Öffnungsvorganges und in der geöffneten Stellung des Ventils geschlossen bleibt, so daß der Elektromotor zum Öffnen gegen die Bremse arbeitet Zum vollständigen oder nur teilweise erfolgenden Schließen des Ventils wird die Bremse geöffnet. Bei dieser Bauart ist die Getriebeuntersetzung auf ein bestimmtes Maß beschränkt, da eine Selbsthemmung des Getriebes vermieden werden muß. Trotzdem ergibt sich auch bei

*> nicht selbsthemmender Wirkung ein Bremseffekt, der für eine Notabschaltung bei einer Brenneranlage als nachteilig empfunden wird. Für diesen Fall wird dann zusätzlich noch eine elektromagnetische Kupplung in das Getriebe eingebaut, durch die der Kraftfluß zu einem schnellen Schließen unterbrochen werden kann. Damit ergeben sich jedoch wieder alle Schwierigkeiten, die dadurch bedingt werden, daß über die elektromagnetische Kupplung die Kraft übertragen werden muß, die ein νε^εΙΙεη der Ventilspindel bewirkt.

Es ist auch bekannt (DE-PS 7 10 292), eine Ventilspindel in axialer Richtung drehbar mit einer Welle zu verbinden, die durch ein Zahnradvorgelege von einem Elektromotor angetrieben werden kann. Die Welle ist drehfest mit einer Schnecke verbunden, die in ein ortsfest gelagertes Schneckenrad eingreift, das auf einer Achse mit Hilfe einer Sperrklinke gegen Verdrehen gesichert ist. Die Sperrklinke kann mit Hilfe eines Elektromagneten ausgelöst werden, so daß dann eine die Ventilspindel in Schließrichtung belastende Feder ein Schließen des Ventils bewirkt. Bei dieser Bauart muß das Getriebe beim Schließen mit zurückgedreht werden, so daß die Getriebeuntersetzung so ausgelegt werden muß, daß eine Selbsthemmung verhindert wird. Der Grad der Übersetzung ist dadurch stark beschränkt. Auch ohne Selbsthemmung ist die Bremswirkung des Getriebes so groß, daß das Schließen für einige Einsatzfälle zu langsam erfolgen würde. Darüber hinaus ist dieser einsatzbekannte Ventiltrieb nicht ohne weiteres in einer Regelanlage verwendbar, da es kaum

so sinnvoll durchführbar ist, von der vollständig geöffneten Stellung in Schließrichtung in eine Zwischenstellung einzuregeln.

Es ist auch bekannt (DE-PS 9 48 749), bei einem Antrieb für Absperrorgane ein Differential vorzusehen, um sowohl einen Handbetrieb als auch einen Motorbetrieb zuzulassen.

Bei einem Schaltwerk für ein Zeitrelais war es bekannt (DE-GM 19 66 486), ein aus zwei Sonnenrädern und einem Planetenrad bestehendes Differential zwisehen einem ständig laufenden Motor und einem Schaltnocken anzuordnen. Der ständig laufende Motor treibt über ein Ritzel und ggf. ein Getriebe das eine Sonnenrad an. Das andere Sonnenrad ist frei drehbar auf einer das Planetenrad tragenden Kreuzwelle angeordnet, die ihrerseits den Schaltnocken trägt. Dem freien Sonnenrad ist eine Bremse zugeordnet, die elektromagnetisch betätigt werden kann, wobei sich ein Bremsbelag außen an eine Fläche des Sonnenrades anlegt. Die durch einen

von Hand zu betätigenden Verstellmechanismus einstellbare Kreuzwelle und der zugehörige Steuernocken können durch Einschalten der Bremse in die Nullstellung zurückgedreht werden. Das Einschalten der Bremse erfolgt mit einem Einschalten des zu steuernden Zeit· S relais, das von dem Steuernocken in der Nullstellung wieder umgeschaltet wird. Danach bewegt eine Feder die Kreuzwelle in die Ausgangsstellung zurück, so daß das Zeitschaltwerk für einen neuen Steuervorgang bereit ist ίο

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart auszubilden, daß der Kraftfluß zwischen dem Stellmotor und der Ventilspindel mit einem elektromagnetisch gesteuerten Zwischenglied unterbrochen werden kann, wobei jedoch die Antriebskraft nicht von der elektromagnetischen Kraft übertragen werden muß. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in dem Getriebe ein Differential angeordnet ist, das mit einem Sonnenrad und einem zweiten Sonnenrad oder einem Planetenträ- »> ger in dem Kraftfluß liegt, während dem Planetenträger oder dem freien Sonnenrad eine mit dem Stellmotor schaltende elektromagnetische Bremse zugeordnet ist.

Durch diese Ausbildung wird der Vorteil erhalten, ij daß eine Unterbrechung des Kraftflusses zwischen dem Stellmotor und der Ventilspindel innerhalb des Getriebes erfolgt, so daß durch die Untersetzung bedingte Hemmwirkungen ohne Einfluß auf die Schnelligkeit des Schließens ist. Die elektromagnetische Kraft wird dabei nur als Steuerkraft ausgenutzt, während die für «lie Kraftübertragung notwendige Haltekraft von einer Bremse aufgebracht wird, die mit einfachen technischen Mitteln bei großer Genauigkeit und höherer Sicherheit realisiert werden kann. Dabei ist es ohne weiteres möglich, das elektromagnetische Zwischenglied so auszulegen, daß durch Stromschwankungen bedingte Unterschiede der Magnetkraft sich nicht störend auf die Funktionsfähigkeit auswirken.

Baulich vorteilhaft ist es, wenn als Bremse ein in eine Verzahnung eingreifender Zinken dient. Diese Bremse wirkt in sich auf Grund eines Formschlusses, ohne daß die Kraft des Magneten für liie Bremswirkung ausschlaggebend ist. Der Magnet muß !ediglich dafür sorgen, daß der Zinken in die Verzahnung hineingezogen wird.

Bei einer baulich zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung we'st das Differential zwei stirnverzahnte Sonnenräder auf, in die jeweils eigene Planetenräder eingreifen, die miteinander kämmen. Auf diese Weise 5» läßt sich wirtschaftlich ein relativ kleines Differential herstellen.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand einer in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsform näher erläutert. SS

Es zeigt

F i g. I eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

F i g. 2 eine Ansicht einer Einzelheit der Vorrichtung nach F i g. 1 in Richtung des Pfeiles II und

F i g. 3 eine Seitenansicht der Einzelheit nach F i g. 2.

Das in F i g. 1 dargestellte Ventil 1 ist beispielsweise ein Gasventil, das in einer Gasbrenneranlage eingesetzt wird. Es besitzt eine nach oben herausragende Ventilspindel 2, die mit Hilfe eines auf einer Steuerwelle 3 angeordneten und mit einem gabelartigen Ende versehenen Mitnehmers 4 nach oben gegen die Wirkung einer Feder herausziehbar ist, wobei das Ventil 1 geöffnet wird. Die Steuerwelle 3 des Mitnehmers 4 wird über ein Getriebe 5 angetrieben, das die Steuerwelle 3 mit einem elektrischen Stellmotor verbindet von welchem nur das Antriebsritzel 6 dargestellt ist

Auf der Steuerwelle 3 befinden sich in nicht näher dargestellter Weise Schaltnocken, die ein Programm steuern, das ablaufen muß, bevor das Ventil 1 geöffnet wird. Hierzu ist der Mitnehmer 4 in Abstand zu der Ventilspindel 2 angeordnet so daß die Mitnahme und das Öffnen des Ventils 1 erst nach einem bestimmten Verdrehwinkel der Steuerwelle 3 erfolgt

Innerhalb des Getriebes 5 ist ein elektromagnetisch betätigtes Zwischenglied 7 vorgesehen, das den Kraftfluß des Getriebes unterbricht wenn eine Störung oder ein Stromausfall auftritt In diesem Fall muß das Ventil 1 schließen, wozu der Kraftfluß zwischen dem Antriebsritzel 6 und der Steuerwelle 3 unterbrochen werden muß. Die Ventilspindel 2 kann sich dann auf Grund einer innerhalb des Ventils befindlichen Schließfeder in ihre Schließstellung zurückbewegen. Das elektromagnetisch offenbare Zwischenglied 7 ist als ein einseitig in dem Normalgetriebe gebremstes Differential ausgebildet, bei welchem zum Unterbrechen des Kraftflusses die Bremswirkung aufgehoben werden kann.

Von dem Motorritzel 6 wird entsprechend F i g. 2 über ein Zahnrad 8 ein Sonnenrad 9 angetrieben. In das stirnverzahn»e Sonnenrad 9 greifen entsprechend F i g. 3 zwei Planetenräder 10 ein, die in einem Planetenträger 11 gelagert sind. In dem Planetenträger 11 sind zwei weitere Planetenräder 12 gelagert, die mit den Planetenrädern 10 jedoch nicht mit dem Sonnenrad in Eingriff stehen. Sie sind derart zu den Planetenrädern 10 versetzt angeordnet und ausgebildet. Jaß sie mit einem zweiten Sonnenrad 13 kämmen, das frei drehbar auf der das Zahnrad 8 mit dem Sonnenrad 9 verbindenden Welle 14 gelagert ist. Mit dem Sonnenrad 13 steht ein weiteres Zahnrad 15 des Getriebes 5 in Eingriff. Der Planetenträger 11 ist mit einer Außenverzahnung versehen, in die ein Zinken 16 eingreift, der auf einer einseitig eingespannten Blattfeder 17 angeordnet ist. Der Zinken 16 wird mit Hilfe eines an die Blattfeder 17 angreifenden Magneten 18 in die Verzahnung des Planetenträgers 11 hineingezogen. Hierzu kann an der Blattfeder 17 beispielsweise ein in den Magneten 18 hineinragender Anker angebracht werden.

Der Elektromagnet 18 wird mit dem Stellmotor ein- und ausgeschaltet. Dies bedeutet, daß die von ihn und dem Zinken 16 gebildete Bremse beim Einschalten des Stellmotors einfällt. Da der Zinken 16 formschlüssig in die Außenverzahnung des Planetenträgers 11 eingreift, wird das Bremsmoment im wesentlichen von der Blattfeder 17 aufgefangen, so daß der Magnet 18 nur so dimensioniert werden braucht, daß er den Zinken 16 in die Verzahnung des Planetenträgers 11 hineinzieht.

Wenn bei einer Störung od. dgl. der Stellmotor ausgeschaltet wird, so wird auch der Elektromagnet 18 abgeschaltet. Die Blattfeder 17 zieht dann den Zinken 16 aus der Verzahnung des Planetenträgers 11, so daß dieser nicht weiter gebremst ist. In diesem Fall wird der Kraftfluß zwischen dem Motorritzel 6 und dem Zahnrad 15 unterbrochen, so daß sich die Ventilspindel 2 auf Grund der Federkraft der Schließfeder in ihre Schließstellung zurückbewegt. In diesem Fall wird das Sonnenrad 13 entgegen der öffnungsrichlung zurückgedreht, wobei der Planetenträger sich ebenfalls draht Wenn aus irgendeinem Grunde der Stellmotor 8 sich im Öffnungssinne dreht, während die von dem Elektromagneten 18 gesteuerte Bremse geöffnet ist so würde das

Sonnenrad 13 in gleicher Umfangsrichtung wie das Zahnrad 8 mitgenommen, was jedoch dem beim Öffnen über das Getriebe 5 erforderlichen Drehsinn entgegengerichtet ist, so daß dann von dem Stellmotor das Schließen des Ventil* 1 unterstützt würde.

Die Svhließkraft für das Ventil 1 wird im wesentlichen von einer nicht in F i g. I sichtbaren Schließfeder des Ventils 1 aufgebracht. Um den Mitnehmer 4 in die in F i g. 1 dargestellte Ausgangsstellung zu bringet!, wird in nicht näher dargestellter Weise zusätzlich in dem Getriebe eine Rückstellfeder angeordnet, die den Mitnehmer 4 in seiner Ausgangslage zurückbewegt. Hierzu kann beispielsweise die Feder um die Sicuerwelle 3 herumgewickelt sein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Betätigen eines Ventils mit einem elektrischen Stellmotor, der mit einer gegen Federwirkung öffnenden Ventilspindel über ein Getriebe verbunden ist, das ein bei einer Störung den Kraftfluß unterbrechendes elektromagnetisches Zwischenglied enthält, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Getriebe (5) ein Differen tial (7) angeordnet ist, das mit einem Sonnen rad (9) und einem zweiten Sonnenrad (13) oder einem Planetenträger (11) in dem Kraftfluß liegt, während dem Planetenträger oder dem freien Sonnenrari eine mit dem Stellmotor schaltende elektromagnetische Bremse (16,17,18) zugeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß als Bremse ein in eine Verzahnung eingreifender Zinken (16) dient.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Differential zwei stirnverzahnte Sonnenräder (9, 13) aufweist, in die jeweils, eigene Planetenräder (10,12) eingreifen, die miteinander kämmen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß in dem Getriebe (5) eine Rückholfeder angeordnet ist.