DE2442623A1

DE2442623A1 - Elektromotorischer stellantrieb mit zusaetzlicher handverstellung

Info

Publication number: DE2442623A1
Application number: DE2442623A
Authority: DE
Inventors: Hans Hoppe
Original assignee: Kieback & Peter Spezialfabrik
Current assignee: Kieback & Peter Spezialfabrik
Priority date: 1974-09-05
Filing date: 1974-09-05
Publication date: 1975-10-30
Also published as: DE2442623B2

Description

Elektromotorischer Stellantrieb mit zusätzlicher Handverstellung Die Erfindung betrifft einen elektromotorischen Stellantrieb für automatischen, ferngesteuerten Betrieb von Stellgliedern wie Ventilen, Schiebern, Klappen oder dgl. Der Stellantrieb ist ferner mit einer Handverstellung ausgerüstet, damit er auch in besonderen Bedarfsfällen, z.B. bei Stromausfall, betätigt werden kann. Solche ferngesteuerten Stellantriebe dienen dazu, Stellglieder in eine gewünschte Regelposition zu bringen, in denen der Durchfluß, die Mischung oder Verteilung von flüssigen oder gasförmigen Medien in Rohrleitungen nach bestimmten Erfordernissen gesteuert wird.
Stellantriebe der angegebenen Art sind bekannt. Bei elektromotorischen Stellantrieben bekannter Bauart wird zunächst über ein Reduziergetriebe eine gegenüber der Motordrehzahl verringerte Drehzahl erzeugt, die danach mit Hilfe einer Gewindespindel mit Spindelmutter in eine geradlinige Bewegung umgewandelt wird.
Diese geradlinige Bewegung dient unter Zwischenschaltung einer vorgespannten Feder unmittelbar zur Steuerung des Stellgliedes.
Im Regelbereich des Stellgliedes, d.h. wenn es sich in einer Position zwischen den beiden Endstellungen "AUF" und "ZU" befindet, verharrt die Feder unverändert in ihrem vorgespannten Zustand, während sie beim Schließvorgang selbst zusätzlich verformt wird und einen elastischen Schließdruck erzeugt.
Die Steuerung des Stellgliedes erfolgt im allgemeinen nicht kontinuierlich, sondern schrittweise durch elektrische Impulse, die dem Stellantrieb zugeleitet werden. Diese Impulse dürfen eine minimale Länge nicht unterschreiten, da sonst das Trägheitsmoment des Rotors im Elektromotor nicht überwunden werden kann. Die Regelwirkung im Stellglied selbst wird dabei durch schrittweise Vergrößerung bzw. Verkleinerung des Durchflußquerschnittes erzielt. Die Regelgüte ist umso besser, je kleiner die Änderung des Durchflußquerschnittes pro Stellschritt ist.
Hierzu werden möglichst kleine Stellschritte benötigt, die durch einen großen Untersetzungsfaktor des Getriebes erzeugt werden können. Andererseits darf aber der Untersetzungsfaktor nicht zu groß gewählt werden, weil der Antrieb sonst zu träge arbeitet, d.h. es kann sich alsdann veränderten Regelanforderungen nicht schnell genug anpassen.
Bei Stellantrieben bekannter Bauart wird daher ein Kompromiß zwischen diesen beiden einander widersprechenden Forderungen geschlossen. Dies hat jedoch Nachteile zur Folge. Das Motordrehmoment und der Untersetzungsfaktor des Getriebes müssen in diesem Falle so dimensioniert werden, daß das Getriebe imstande ist, die größte im gesamten Stellbereich benötigte Stellkraft mit Sicherheit zu erzeugen. Die größte Stellkraft wifd aber zur Erzeugung des Schließdruckes benötigt, ggf. aber auch zum Öffnen des Stellgliedes. Insbesondere bei Schiebern, vor allem wenn diese längere Zeit geschlossen waren, kann die Stellkraft zum öffnen diejenige zum Schließen erheblich übertreffen. Das Getriebe ist alsdann jedoch für den Regelbereich zwangsläufig überdimensioniert, weil die hier benötigten Stellkräfte zum Teil erheblich kleiner sind. Ein weiterer Nachteil, der durch diesen Kompromiß verursacht wird, ist die Tatsache, daß die Regelgüte bei den einzelnen Stellschritten stark unterschiedlich ist.
Ist nämlich s der zurückgelegte Stellweg des Stellantriebes und x derjenige des Stellgliedes, dann ist bei diesen bekannten Stellantrieben x identisch gleich s (xEs). Somit sind bei Stellimpulsen gleicher Länge At auch die Stellschritte As bzw.
Ax gleich groß. Die Regelgüte g = Ex/(x+ Ax) ist daher bei großem x klein und damit gut und bei kleinem x groß und damit schlecht. Bei kleinem x kann g dann so groß werden, daß der Stellantrieb nicht mehr imstande ist, sich auf einen den Regelerforderissen benötigten Zwischenwert einzustellen. Die Folge davon ist, daß das Stellglied bei automatischer Fernsteuerung des Stellantriebes ständig um den Sollwert herumpendelt. Dies zeigt sich darin, daß der Stellantrieb in kurzem Wechsel einen Vorwärts- bzw. Rückwärtsschritt vollzieht.
Ein weiterer Nachteil bekannter Stellantriebe besteht darin, daß es wegen der einfachen Beziehung x = s, die keinen Parameter enthält, keine Möglichkeit gibt, die Stellcharakteristik des Stellantriebes zu modifizieren und auf diese Weise die Durchflußcharakteristik des Stellgliedes zu beeinflussen. Eine derartige Beeinflussungsmöglichkeit der Durchflußcharakteristik des Stellgliedes über den Stellantrieb hat jedoch den großen Vorteil, daß das Stellglied in seiner Arbeitsweise optimal den jeweiligen Erfordernissen angepaßt werden kann.
Bei elektromotorischen Stellantrieben bekannter Bauart liegen daher zusammenfassend die folgenden dreiMängel vor: 1. Eine zwangsläufige überdimensionierung des Untersetzungsgetriebes im Regelbereich des Stellgliedes 2. Schlechte Regelgüte bei wenig geöffnetem Stellglied 3. Keine Beeinflussungsmöglichkeit der Durchflußcharakteristik des Stellgliedes über den Stellantrieb.
Die Mängel 1 und 2 werden gemildert durch einen Zweigeschindigkeitsantrieb, wie z.B. in der DT-OS 2 144 118 beschrieben.
DieserZ9eigeschwindigkeitsantrieb arbeitet bei wenig geöffnetem Stellglied mit kleinen Stellschritten Ex und bei weit geöffneten Stellglied mit großen Stellschritten EX. Dadurch wird die Regelgüte bei wenig geöffnetem Stellglied natürlich besser, und da auch die Erzeugung der Schließkraft im Bereich der kleinen Stellschritte Ax liegt, paßt sich dieser Zweigeschwindigkeitsantrieb auch besser den Erfordernissen bezüglich der benötigten Stellkräfte an, d.h. es liegt keine so starke Überdimensionierung des Untersetzungsgetriebes im Regelbereich des Stellgliedes vor, wie bei einem Eingeschwindigkeitsantrieb.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die mit dem diskutierten Stand der Technik verbundenen Nachteile auszuräumen und insbesondere einen Stellantrieb der angegebenen Art zu schaffen, der es ermöglicht, bei wenig geöffnetem STellglied einen großen Untersetzungsfaktor und bei weit geöffenetem STellglied einen kleinen Untersetzungsfaktor zur Verfügung zu haben.
Diese Aufgabe wird in der im Schutzbegehren gekennzeichneten Weise gelöst und ermöglicht eine für die verschiedenen Stellschritte gleichbleibende Regelgüte unter Vermeiden einer Überdimensionierung des Untersetzungsgetriebes. Weiterhin kann das Untersetzungsgetriebe für unterschiedliche Hubhöhen eingestellt werden, und die Durchflußcharakteristik des Stellgliedes kann optimal auf die erforderlichen Ansprüche angepaßt werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen: Figur 1 eine Antriebseinheit des Stellantriebes; Figur 2 eine Stellcharakteristik der Antriebseinheit; Figur 3 ein drehbares Stellglied, betrieben an der Antriebseinheit; geöffnet; Figur 4 ein drehbares Stellglied, betrieben an der Antriebseinheit, geschlossen; Figur 5 eine Antriebseinheit gekoppelt mit einer Abtriebseinheit für Stellglieder mit geradliniger Verstellung; Figur 6 eine Stellcharakteristik des Antriebs nach Figur 5 Figur 7 einen Vergleich der Stellcharakteristik von Eingeschwindikeitsantrieben,mit der Stellcharakteristik des Antriebes nach Figur 5; Figur 8 Stellcharakteristiken des Stellantriebes nach Figur 5 bei Änderung des Parameters r; Figur 9 eine modifizierte Stellcharakteristik bei Änderung des Arbeitsintervalls des Stellantriebes nach Fig. 5; Figur 10 eine konstruktive Ausbildung des Motorantriebes und der Handverstellung für Stellantrieb nach Figur 5; Figur 11 eine konstruktive Ausbildung der Ankopplung des Stellantriebes nach Figur 5 an ein Ventil.
Der erfindungsgemäße Stellantrieb besitzt eine Antriebseinheit, die in der Figur 1 dargestellt ist. Es ist eine Gewindespindel 1 radial in den beiden Lagern 3 und 4 geführt, wobei das Lager 3 die Gewindespindel gleichzeitig auch gegen axiale Verschiebung sichert. Bei einer Links- bzw. Rechtsdrehung der Gewindespindel 1 läuft die gegen Drehung gesicherte Spindelmutter 2 in einem begrenzten Intervall, z.B. in dem in der Figur dargestellten < < symmetrischen Intervall -b - v - +b hin und her. Es gibt aber auch Stellglieder, bei denen nur das halbe Intervall, so z.B.
das Intervall b < < < das Intervall -b - v - 0 oder das Intervall O - v - +b benötigt werden. In diesen Fällen kann alsdann auch die Gewindespindel 1 entsprechend verkürzt werden. Um ein im radialen Abstande a von der Achse der Gewindespindel 1 senkrecht zu derselben angeordnetes Schwenklager 5 ist ein Hebel 6 bzw.
zweckmäigerweise ein Hebelpaar 6,6' drehbar gelagert, wobei die Gewindespindel 1 bei der paarigen Ausführung der Hebel 6,6' zwischen den beiden Schenkeln der Hebel angeordnet ist.
Die Spindelmutter 2 besitzt zwei radial zur Achse er Gewindespindel 1 angeordnete Zapfen 7,7' mit drehbar aufgesetzten Gleitsteinen 8,8'. Diese Gleitsteine 8,8' sind in radial zum Schwenklager 5 angeordneten Schlitzen 9,9' der Hebel 6,6' geführt, wobei sie in radialer Richtung in den Schlitzen 9,9' beweglich dergestalt vorliegen, daß stets die Bedingung w2 = a2 +v2 erfüllt ist. Die wirksame Hebellänge w ist somit veränderlich, d.h. es ist w = f(v). Während somit die Gleitsteine 8,8' radial zum Schwenklager 5 in den Schlitzen 9,9' verschiebbar sind, bilden sie senkreht zur radialen Richtung eine kraftschlüssige Verbindung mit den Hebeln 6,6'. Sie übertragen daher unter Vernachlässigung der Reibungskräfte ein reines Drehmoment auf die Hebel 6,6' ohne das Schwenklager 5 radial zu belasten.
Für den der Größe v zugeordneten Winkel ¢ gilt ebenfalls = = f(v), wobei f stets kleiner als ein rechter Winkel ist.
der Winkel # = f(v) kann unmittelbar zur Verstellung von Stellgliedern mit drehbarer Verstellung, z.B. Klappen, verwendet werden. Stellantriebe nach diesem Funktionsprinzip sind bekannt. (Vgl. z.B. DAS 1 675 986.) Erfindungsgemäß wirddieser Stand der Technik dahingehend verbessert, daß nicht nur eine Verstellung von Stellgliedern mit Drehverstellung, sondern auch eine Verstellung von Stellgliedern mit geradlinigem Stellweg möglich ist. Dies wird dadurch erreicht, daß auf den Hebeln 6,6' Kupplungsglieder angeordnet sind, die über eine Abtriebseinheit die Verstellung von Stellgliedern bewirken. Die Kupplungsglieder bestehen zweckmäßigerweise aus Stehbolzen 11,11', die drehfest und achsparallel zum Schwenklager 5 auf den Hebeln 6,6' angeordnet sind. Die Stelle, an der diese Stehbolzen 11,11' auf den Hebeln 6,6' angeordnet sind, salzt theoretisch gleichgültig und nur vom Gesichtspunkt möglichst guter Zweckmäßigkeit von Bedeutung. So kann z.B. ein Stehbolzenpaar 11,11' in den Punkten c,c' oder d,d' oder e,e' angeordnet sein. Jedes dieser Punktepaare legt bei Drehung des Hebelpaares 6,6' den gleichen Drehwinkel ¢ = f(v) zurück. Um diesen Drehwinkel auf ein Stellglied mit Drehverstellung zu übertragen, ist es lediglich notwending, das Stellglied mit einer Abtriebseinheit auszurüsten, die mit dem Stehbolzenpaar gekuppelt ist.
Bei Drehübertragung besteht die Abtriebseinheit lediglich aus einem mit Schlitzen versehenen Hebelpaar, in dessen Schlitze die Stehbolzen 11,11' eingreifen. Diese Art der Zusammenkupplung von Antrieb und Stellglied hat den großen Vorteil, daß sie gegen Achsversetzungen unempfindlich ist. Sie ermöglicht es sogar, durch bewußten parallelen Versatz zwischen der Drehachse des Stellgliedes und dem Schwenklager 5 des Antriebes das auf das Stellglied zu übertragende Drehmoment zu verändern.
Aus Figur 1 ergibt sich die Beziehung tan ¢ = v/a, somit ist' ¢ = arctan (v/a). Die arctan-Funktion ist in der Figur 2 dargestellt. Aus dem Funktionsbild erkennt man deutlich, daß d/dv bei v = 0 ein Maximum besitzt, d.h. bei kleinem v werden bei konstanten Stellschritten Av zunächst große Winkelverstellungen A4> des Stellgliedes gegeben sein, die bei wachsendem v immer kleiner werden. Diese Tatsache hat eine ausgezeichnete Regeleigenschaft des Stellantriebes zur Folge, sofern man lediglich das Inetervall O -< v - +b oder das Intervall -b - v - O benutzt und ferner noch darauf achtet, daß entsprechend den Figuren 3 und 4 dem völlig geöffneten Stellglied (hier Drosselklappe) 10 der Winkel ß = 0 und dem völlig geschlossenen Stellglied der Winkel ¢ = f(+b) oder + = f(-b) zugeordnet ist. Da bei dieser Winkelzuordnung bei kleiner werdendem Durchflußquerschnitt auch die Stellschritte immer kleiner werden, erhält man bei kleinem Durchflußquerschnitt eine ausgezeichnete und für die Regelwirkung so wichtige Feinregulierung der Durchflußmenge.
Es wird nun erläutert, wie die mit Stehbolzen 11,11' ausgestattete Antriebseinheit auch zur Verstellung von Stellgliedern mit geradlinigen Stellschritten verwendbar ist. Der Figur 1 ist zu entnehmen, daß den Drehwinkeln ¢ die geradlinigen Größen u = r sin ¢ zugeordnet sind. Die Richtungen von u sind jedoch, je nach Lage der Punktepaare, unterschiedlich.
Es ist ein Merkmal dieser Erfindung, die Größen u als Stellgrößen für die Verstellung von Stellgliedern mit geradliniger Verstellung zu benutzen, insbesondere diejenigen Größen u, die senkrecht oder parallel zur Achse der Gewinde spindel 1 verlaufen, wie dies z.B. für die beiden Punktepaare c,c' und d,d' zutrifft.
Die Abtriebseinheit zum Betrieb der Antriebseinheit an Stellglieder mit geradliniger Verstellung zeigt die Figur 5. Die Abtriebseinheit besteht aus einem mit Schlitzen 13,13' versehenem Schieberpaar 14,14'. Das Stehbolzenpaar 11,11' greift zur Verminderung der Flächenpressung über Gleitsteine 12,12', die drehbar auf den Stehbolzen 11,11' gelagert sind, in die Schlitze 13,13' des Schieberpaares 14,14' ein. Das Schieberpaar 14,14' ist über Rollen 15,15' an Schienen 16,16' geführt, so daß es lediglich lineare Bewegungen in Richtung der Größen u vollziehen kann. Diese insgesamt vier Schienen bilden eine starre Verbindung zwischen dem Stellantrieb und dem nicht dargestellten Stellglied. Die Stehbolzen 11,11' sind über die Gleitsteine 12,12' somit lediglich in Richtung der Stellgrößen u kraftschlüssig mit dem Schieberpaar 14,14' gekoppelt, während die Gleitsteine 12,12' senkrecht zur Richtung der Größen u in den Schlitzen 13,13s ausweichen können, ohne daß diese Bewegung einen Beitrag zur Stellgröße u leistet.
Die kinematische Kennlinie nach Figur 2 der Antriebseinheit ist, wie gezeigt wurde, mathematisch darstellbar durch die Funktion ¢ = arctan (v/a). Diese Funktion hat eine wesentlich bessere Regeleigenschaft als die lineare Bewegung der Spindelmutter 2. Dadurch sind die unter Punkt 1 und 2 aufgezeigten Mängel bekannter Konstruktionen beseitigt. Die Abtriebseinheit der Figur 5 hat die Aufgabe, die Drehbewegung der Hebel 6,6' in eine geradlinige zu überführen, und zwar unter Beibehaltung der guten Regeleigenschaften der Antriebseinheit mit Stehbolzen 11,11'.
Daß diese gute Regeleigenschaft dabei tatsächlich erhalten bleibt, läßt sich leicht nachweisen. Wie man der Figur 1 entnimmt. läßt sich in der Beziehung u = r sin (b die Größe sin f ersetzen durch die Beziehung sin Die Grössen u sind somit auch darstellbar als u = f(v) der Form Die Figur 6 zeigt den charakteristischen Verlauf dieser Funktion, die je nach Wahl der Parameter a und r weitgehend modifizierbar ist. Vergleicht man sie mit der Funktion nach Figur 2 ist ersichtlich, daß sie gleich gute Regeleigenschaften wie diese besitzen muß. Die Figur 6 enthält neben dem Koordinatensystem mit der Abszisse v und der Ordinate u noch ein zweites mit der Abszisse x und der Ordinate y. Dies letztere hat seinen Ursprung im Punkte u = f(-b). Eine Koordinatentransformation von u = f(v) in y = f(x) ist für die Betrachtung geradlinig bewegter Stellglieder besser. Die so transformierte Funktion ist alsdann von der Form Die Funktion nach Figur. 6 erstreckt sich somit über das Abszissenintervall -b - v - +b bzw. O - x - 2b. Für Dreiwegestellglieder wird das gesamte Intervall O - x > 2b benötigt, dagegen für Durchgangsstellglieder nur das halbe Intervall O # x ' b, das jedoch nach den jeweiligen Anforderungen auch über b hinaus erweitert werden kann. Der Regelbereich der Stellglieder erstreckt sich jedoch lediglich auf das Intervall f - x - g, denn das Intervall davor und danach werden zur elastischen Verformung des vorgespannten Tellerfederpaketes, d.h. zur Erzeugung des Schließdruckesbenöigt. Das erfindungsgemäß Getriebe besitzt einen sich stetig ändernden Untersetzungsfaktor. Die größte Kraftentfattung des Getriebes steht zur Erzeugung des Schließdrucks zur Verfügung, während der weniger Kraft benötigende Regelbereich geringeren Untersetzungsfaktor aufweist, so daß eine wesentlich bessere Anpassung des Getriebes an den Kraftbedarf vorliegt, als das bei einem Einstufen- oder Zweistufenantrieb der Fall ist.
Von besonderer Bedeutung sind in der Regeltechnik Stellglieder mit einer gleichprozentigen Durchflußcharakteristik, d.h. es wird gefordert, daß ein Stellschritt #x einen Durchflußzuwachs AQ erzeugt, der dem jeweils bereits vorhandenen Durchfluß Q proportional ist. Diese Regeleigenschaft ist erfüllt, wenn die Durchflußcharakteristik nach einer Funktion der Form Q = c exp (1/100)ln (100/c) X verläuft. In der Figur 7 ist eine solche Funktion mit c = 4 dargestellt. Die ebenfalls in Figur 7 dargestellte Funktion z = x stellt die rein kinematische Stellcharakteristik eines einstufenantriebes bekannter Bauart dar. Um die Durchflußcharakteristik Q = f(x) zu erreichen, werden die Durchflußquerschnitte abhängig vom Hub z entsprechend ausgebildet.
Natürlich kann das Stellglied niemals bei Beginn des öffnungsvorganges der Charakteristik Q = f(x) angepaßt werden, weil die Funktion Q = f(x) für x = 0 bereits den'Wert c besitzt. Die dritte in der Figur 7 dargestellte-Funktion y = f(x) stellt die rein kinematische Stellcharakteristik des erfindungsgemäßen STellantriehes dar, wobei 0 - x - b ist. Eigentlich dürfte die Funktion erst bei f beginnen, jedoch ist dies bei vorliegender Betrachtung unwesentlich und der Einfachheit halber vernachlässigt worden. Man erkennt sofort, daß die Charakteristik y = f(x) sich der geforderten Charakteristik Q = f(x) wesentlich besser anpaßt als die Charakteristik z = x. Dementsprechend ist auch die Ausführung der Durchflußquerschnitte am Stellglied leichter der geforderten Charakteristik Q = f(x) anzupassen.
Der erfindungsgemäße Stellantrieb kann für Stellglieder unterschiedlicher Hubhöhe ohne Schwierigkeiten verwendet werden, und zwar durch Änderung des Parameters r, der in der weiter oben abgeleiteten Funktion y - f(x) enthalten ist. Die Figur 8 zeigt z.B. die Auswirkung einer Änderung von r auf den Funktionsverlauf. Die vier unterschiedlichen Radien rl bis r4 liefern die vier verschiedenen Hubhöhen H1 bis H4.
Ein erfindungsgemäßes Merkmal besteht darin, daß der Radius r veränderlich ist, indem Stehbolzen ll,ll'(s. Figur 5) in verschiedenen Abständen von defr Achse des Schwenklagers 5 montiert werden können. Durch geeignete Wahl von r und den Punkten f läßt sich außerdem die Durchflußcharakteristik eines Stellgliedes beeinflussen, zu vergleichen ist hierzu die Figur 9.
Diese Figur zeigt, wie auch die Figur 7, die gleichprozentige Kurve Q = 4 exp 0,03219x, die sich, wie oben dargelegt, durch entsprechende Gestaltung der Durchflußquerschnitte erzielen läßt. Ohne nun an diesen Durchflußquerschnitten etwas ändern zu müssen, kann die Steigung der Durchflußcharakteristik bei kleinen Durchflußmengen Q verkleinert Qf oder vergrößert Qs werden. Im ersten Fall erhält man eine besonders gute Feinregulierung bei kleinem Q und im zweiten Fall eine besonders schnelle Vergrößerung bei kleinem Q. Somit ist auch der unter Punkt 3 angegebene Mangel bekannter STellantriebe durch die vorliegende Erfindung besetitigt worden.
Nachfolgend wird das Ausführungsbeispiel nach Figur 5 abschließend erläutert. Die Gewindespindel 1 mit Spindelmutter 2 ist einschließlich der beidenLager 3 und 4 zwischen zwei wannenförmigen Seitenblechen 17,17' angeordnet. Die Seitenbleche 17,17' sind ihrerseits auf einer Grundplatte 18, z.B.
vermittels Schrauben, befestigt. Die Seitenbleche 17,17 besitzen Schlitze 19,19', in denen die Spindelmutter gleitet und dadurch die Gewindespindle 1 gegen Durchbiegung schützt.
An der Spindelmutter 2 ist ein Stift 20 befestigt, der Endschalter 21,21', die in ihrer Position versetzt werden können, betätigt. Der Stift 20 hat ferner die Aufgabe, den Abszissenwert x der Funktion y = f (x) anzuzeigen, z.B. auf einer Skala, die durch ein Fenster der nicht dargestellten Haube des Stellantriebes beobachtet werden kann. Zwei Bleche 22 und 23, die an den wannenförmigen Seitenblechen 17,17', z.B. durch Schrauben, befestigt sind, halten diese auf den erforderlichen Abstand zueinander. Das Blech 22 dient ferner zur Befestigung des Antriebsmotors, während auf dem Blech 23 einizwisden den Seitenblechen 17,17' angeordnetes Einfach- oder Mehrfachpotentiometer 24 montiert ist. Der Antrieb des Potentiometers 24 erfolgt über ein am Ende der Gewinde spindel 1 befestigtes Ritzel 25 (siehe auch Figur 1), ein Vorgelege 26 und ein Rad 27. Eine weitere, nicht dargestellte Einfach- oder Mehrfachpotentiometerausführung ist stabförmig ausgebildet und wird zwischen den Seitenblechen 17,17' durch die zwei Bleche 22 und 23 so gehalten, daß der Potentiometerschieber unmittelbar durch den Stift 20 mitgenommen wird. Eine solche Potentiometerausführung ermöglicht eine direkte widerstandsmäßige Abbildung der Abszisse x als y = f(x).
Die Figur 10 zeigt den auf dem Blech 22 befestigten-Antriebsmotor 28 mit Ritzel 29. Das Ritzel kammt mit dem Zahnrad 31, das auf einer Buchse 32 mit Schlitz 33 sitzt. Das Drehmoment zum Antrieb der Gewinde spindel 1 wird über einen Stift 34, der in den Schlitz 33 eingreift, übertragen. Die Handverstellung des Stellanttiebes erfolgt über eine Handkurbel 35, die mit einem Stift 37 auf dem Rohr 2 36 befestigt ist. Durch Druck in axialer Richtung der Gewindespindel I auf die Handkurbel 35 verschiebt sich das fest mit dem Zahnrad 31 verbundene Rohr 38, wodurch sich auch das Zahnrad 31 mitverschiebt, so daß das Ritzel 29 außer Eingriff kommt.
Dafür erfolgt jedoch eine Verkupplung des Rohres 36 mit der Gewindespindel 1 und zwar über den Stift 39 und den Schlitz 40, so daß nunmehr ein Drehmoment von der Handkurbel 35 auf die Gewindespindel 1 übertragen werden kann. Nach Beendigung der Handverstellung bringt eine Feder 41, die sich axial über einen Sprengring 42 und eine Scheibe 43 an der Gewindespindel 1 abstützt, das Zahnrad 31 wieder mit dem Ritzel 29 in Eingriff.
Eine in der Haube 45 eingeklebte Gummiplatte 44 ermöglicht es, die Handkurbel 35 mit Rohr 36 nach leichtem Anheben der Haube 45 von der Gewindespindel 1 abzuziehen. An dem Blech 22 ist weiterhin ein Winkel 46, z.B. durch Punktschweißen befestigt, der zur Halterung von Anschlußklemmen 47 dient. Diese werden zum Anschließen von Kabeln benötigt, die durch in der Grundplatte 18 vorgesehene Tüllen 48 in den STellantrieb eingeführt werden.
Die Figur 11 zeigt die Ankupplung des Stellantriebes an ein Ventil 49, von dem jedoch lediglich das Oberteil dargestellt ist. Sie erfolgt am Ventilghäuse über eine Traverse 50 mit Hilfe einer Mutter 51. Die Traverse 50.ist mit zwei Bolzen 52,52' versehen, an denen die Schienen 16,16' festgeschraubt sind. Die Schienen 16,16' stellen eine starre Verbindung zwischen Stellantrieb und Ventil 49 her. Ferner haben sie die Aufgabe, die Schieber 14,14' über Rollen 15, 15' zu führen. Die Schieber 14,14' sind über ein vorgespanntes Tellerfederpaket 53 mit Hilfe einer Bundmutter 54 und einer Überwurfmutter 55 an die Ventilspindel 56 angekoppelt. Um die Höhenunterschiede zwischen verschiedenen Ventilen ausgleichen zu können, wird die Bundmutter 54 unterschiedlich weit auf das Gewinde der Ventil spindel 56 bzw. erforderlichenfalls noch zusätzlich um 1800 verdreht aufgeschraubt. Das Loch 57 im Drehteil 58 dient zur Aufnahme eines Rundeisens zur Drehsicherung i beim Festziehen der Uberwurfmutter 55. Das Tellerfederpaket 53 wird zwischen den beiden Schibern 14,14' durch vier Flacheisenstäbe 59,59' bzw.
60,60' gehalten. Diese sind in passende Durchbrüche der Schieber eingesetzt und außen durch Splinte durch Herausfallen gesichert. Wenn das Ventil 49 gerade geschlossen hat, bewegen sich die Schieber 14,14 noch ein Stückchen in axialer Richtung der Ventilspindel 56 weiter, wodurch das bereits vorgespannte Tellerfederpaket 53 noch weiter gespannt wird. Dadurch wird ein elastischer Schließdruck erzeugt, wobei sich zwischen den Flacheisenstäben 59,59' und der Platte 61 ein Spalt bildet.
Der Spalt kann aber nicht größer als das Maß k werden, weil alsdann der U-Winkel 62 auf der Platte 61 auf sitzt. Dieser Anschlag hat die Aufgabe, eine Überlastung des Tellerfederpaketes zu verhindern. Bei einem Dreiwegeventil, bei dem auch bei herausgezogener Ventilspindel 56 ein Schließdruck in entgegengesetzter Richtung erzeugt wird, entsteht beim Schließen ein Spalt zwischen den Flacheisenstäben 60,60' und dem U-Winkel 62, jedoch nur dann, wenn in die Flacheisenstäbe 60,60' vier Stiftschrauben 63 eingeschraubt sind. Dies ist dann der Fall, wenn der STellantrieb an einem Dreiwegeventil arbeiten soll.
Bei einem Durchgangsventil dagegen wird ein Schließdruck nur in einer Richtung benötigt, und in diesem Falle sind in die Flacheisenstäbe 60,60' vier Zylinderschrauben 64 eingeschraubt. Diese stellen eine feste Verbindung zwischen den Flacheisenstäben 60,60' und dem U-Winkel 62 her.

Claims

Patentansprüche

Stellantrieb mit einer Antriebseinheit, die aus einem Hebelpaar besteht, das über eine drehsicher geführte Spindelmutter von einer sich drehenden Gewinde spindel um ein Schwenklager in einem begrenzten Winkelintervall < 1800 gedreht wird, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß auf den Hebeln (6,6') der Antriebseinheit exzentrisch, jedoch achsparallel zumSchwenklager (5) Stehbolzen (11,11') angeordnet sind, die in Schlitze (13,13') eingreifen, die in den denStellgliedern vorgeschalteten, drehbar gelagerten oder linear geführten Abtriebseinheiten in Form von Hebeln oder Schiebern (14,14') vorhanden sind.
2. Stellantrieb nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Eingriff der Stehbolzen (11,11) in die Schlitze (13,13') über Gleitsteine (12,12') erfolgt, die auf den Stehbolzen (11,11') drehbar gelagert sind.
3. Stellantrieb nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Abstand der Stehbolzen (11,11') vom Schwenklager (5) verstellbar ist.
4. Stellantrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Ankupplung des Stellantriebes an ein drehverstellbares Stellglied so erfolgt, daß die Schwenkachse (5) des Stellantriebes zur Drehachse des Stellgliedes achsparallel versetzt ist.
5. Stellantrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß eine Ankupplung des Stellantriebes an ein drehverstellbares Stellglied so erfolgt, daß bei einem Stellwinkel ¢ = 0 das Stellglied weit geöffnet und bei einem Stellwinkel + = f(+b) oder f = f(-b) völlig geschlossen ist.
6. Stellantrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Abtriebseinheit aus plattenförmigenSchiebern (14,14i) besteht, die geradlinig, parallel zur Stellrichtung geführt sind und senkrecht zur Stellrichtung verlaufende Schlitze (13,13') aufweisen, in denen die Stehbolzen (11,11') vorzugsweise über drehbar auf den Stehbolzen (11,11') gelagerten Gleitsteinen (12,12') gleitbar geführt sind.
7. Stellantrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , -daß an den Schiebern (14,14') Rollen (15,15') angebracht sind, durch die die Schieber (14,14') an Schienen (16,16'), die Stellantrieb und Stellglied starr miteinander verbinden, geführt werden.
8. Stellantrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Gewindespindel (1) einschließlich Spindelmutter (2) und den beiden Lagern (3) und (4) zwischen zwei wannenförmigen, auf einer Grundplatte (18) befestigten Seitenblechen (17,17') angeordnet ist.
9. Stellantrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Seitenbleche (17,17') mit Schlitzen (19,19') zur Führung der Spindelmutter (2) versehen sind.
10. Stellantrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß ein Zahnrad (31), das über eine Buchse (32) mit Schlitz (33) und Stift (34) drehsicher auf der Gewindespindel (1) angeordnet ist, axial von Hand über ein an der Buchse (32) befestigtes Rohr (38) sowie über ein an der Handkurbel (35) befestigtes Rohr (36) soiverschiebbar ist, daß das Zahnrad (31) außer Eingriff mit dem Ritzel (29) des Antriebsmotors (28) kommt und statt dessen eine drehsichere Verbindung zwischen Handkurbel (35) und Gewindespindel (1) über einen quer im Rohr (36) angeordneten Stift (39), der in einen stirnseitig an der Gewindespindel (1) vorhandenen Schlitz (40) einkuppelt, hergestellt wird.
11. Stellantrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß beim Aufhören der von Hand über die Handkurbel (35) erzeugten Schubkraft eine Feder (41), die im Rohr (38) auf der Gewindespindel (1) angeordnet ist,das Zahnrad (31) wieder mit dem Ritzel (29) des Antriebsmotors (28) in Eingriff bringt, indem die Feder (41) sich einerseits über einen Sprengring (42) und eine Scheibe (43) gegen die Gewindespindel (1) abstützt und andererseits auf den Boden des fest mit der Buchse (32) verbundenen Rohres (38) eine Schubkraftausübt.
12. Stellantrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n nz e i c h n e t , daß eine zwischen den Seitenblechen (17,17') auf einem Blech (23) angebrachte Potentiometeranordnung (24) von einem an dem Ende der Gewindespindel (1) befestigten Ritzel (25) über ein Vorgelege (26) und ein auf der Welle der Potentiometeranordnung (24) befestigtes Zahnrad (27)angetrieben wird.
13. Stellantrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Spindelmutter (2) mit einem Stift (20) versehen ist, der einerseits in ihrer Position verstellbare Endschalter (21,21') betätigt und andererseits die Position der Spindelmutter (2) anzeigt, z.B. mit Hilfe einer beigeordneten Skala, die durch ein Fenster in der Haube (45) sichtbar ist.
14. Stellantrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Stift (20) den Schleifer einer gestreckt ausgeführten Potentiometeranordnung, die zwischen den Seitenblechen (17,17') befestigt ist, betätigt.
15. Stellantrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß zwischen den Schiebern (14,14') ein vorgespanntes Tellerfederpaket (35) angeordnet ist, das in seiner Lage bezüglich der Schieber (14, 14') von Flacheisenstäben (59,59') (60,60') gehalten wird, die in passenden Zerchbrüchen der Schieber (14,14') lagern und durch Splinte gegen Herausfallen gesichert sind.
16. Stellantrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß auf das Ende der Ventilspindel (56) eine Bundmutter (54) aufgeschraubt ist, die durch eine Überwurfmutter (55) fest mit dem Drehteil (58) des Tellerfederpaketes (53) verbunden ist.
17. Stellantrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Bundmutter (54) zum Ausgleich der Höhenunterschiede der verschiedenen Ventile (49) oder anderer Stellglieder verschieden weit, erforderlichenfalls auch in umgekehrter Richtung auf das Gewinde der Ventilspindel (56) aufgeschraubt ist.
18. Stellantrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß bei Dreiwegeventilen der U-Winkel (62) des Tellerfederpaketes (53) vermittels in die Flacheisenstäbe (60,60') eingeschraubte Stiftschrauben (63) bezüglich der Flacheisenstäbe (60,60') beweglich bleibt, während bei Durchgangsventilen der U-Winkel (62) und die Flacheisenstäbe (60,60') fest verbunden sind.