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Antriebseinrichtung £ür Absperr- und ähnliche Steuer- oder Regelorgane
Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung für Absperr- und ähnliche Steuer-
oder Regelorgane, mit einem über ein Getriebe auf das zu verstellende Organ einwirkenden
Elektromotor und einem ebenfalls auf das Organ wirkenden Nandstellglied.
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Solche über einen Elektromotor oder über ein Handrad die Verstellkräfte
erzeugende Antriebseinrichtungen sind allgemein bekannt, vgl. z. B. Lueger Lexikon
der Technik, DVA, Stuttgart 1960, Band 1, Seite 4.
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Die Anforderungen an 5 solche Antriebseinrichtungen bezüglich der
SchalthäuSigkeit, Zuverlässigkeit und Lebensdauer sind moch. Darüberhinaus muL für
å ede Art von Absperrorgan eine besondere an die j jeweils herrschenden Bedingungen
angepaFite Antriebseinriciltung vorhanden sein, so daß infolge der Typenvielfalt
ihre Herstellung und Lagerhaltung teuer ist. xchlieBlich verbleibt das Absperrorgan,
beispielsweise bei Stromausfall, solange in der gerade eingenoinmenen Stellung,
bis das Überwachungspersonal über das Handstellglied die dann notwendige Einstellung
bzw. Abstellung vornimmt. Das kann insbesondere in der Verfahrenstechnik zu erheblichen
Schwierigkeiten führen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten elektromotorischen
Antriebseinrichtungen zu verbessern und so zu gestalten, daß sie bei weitestgehender
gleicher Ausbildung ihrer Bauteile für die unterschiedlichsten Anwendungsfälle und
zur Betätigung verschiedenster Ventile, Schieber und ähnlicher Steuerorgane einsetzbar
sind und dabei Notstelleigenschaften aufweisen.
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Ausgehend von einer Antriebseinrichtung der eingangs genannten Art
ist diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß sie nach Art eines Baukastensystems
in für sich selbständige Baugruppen unterteilt ist und mindestens einen Elektromotor,
eine ein Untersetzungsgetriebe und einen Uberlaatschalter aufweisende Antriebseinheit,
eine einen Schaltmagneten aufweisende Abschalteinheit, eine einen mechanischen Kraftspeicher
aufweisende Notstelleinheit und eine ein Drehbewegungen in hin und her gehende Bewegungen
umformendes Getriebe aufweisende Umformereinkeit umfaßt, die jeweils in miteinander
korrespondierenden Gehäusen angeordnet und einzeln oder beliebiger Kombination mittels
Kupplungsglieder zusammengefaßt mit dem zu
betätigenden Absperr-,
Steuer- oder Regelorgan verbindbar sind.
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Die erfindungsgemäße Antriebseinrichtung ist also in einen Grundbaustein,
bestehend aus dem elektromotorischen Antrieb und dem Schaltgetriebe und in Zusatzbausteine,
wie beispielsweise Abschalt- und Notstelleinrichtung, unterteilt und in beliebiger
Eombination zusammengestellt für den Antrieb verschiedenster Stell- oder Absperrorgane
geeignet. Da nunmehr jeweils gleiche Bauteile Verwendung finden können, werden die
Stückzahlen größer und damit die Fertigungskosten geringer Auf der Anwenderseite
wird trotz vieler unterschiedlicher Betriebsbedingungen die Lagerhaltung der elektromotorischen
Antriebe kleiner. Auch ist die leichte Auswechselbarkeit der einzelnen Bausteine
bei Reparaturen oder bei veränderten Betriebsbedingungen ein nicht zu unterschätzender
Vorteil der erfindungsgemaßen Antriebseinrichtung.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist das Untersetzungsgetriebe
der Antriebseinheit auf einer Welle drehbeweglich gelagert und durch einen zwischen
zwei Fortsätzen der das Untersetzungsgetriebe tragenden Platinen angeordneten Bederbolzen
in der einen oder anderen von zwei Endlagen abgestützt, dessen Federkraft so bemessen
ist, das bei tberschreiten des maximalen Drehmoments das Untersetzungsgetriebe in
die bisher nicht eingenommene Endlage schwenkt, wodurch ein den Elektromotor abschaltender
Schalter betätigbar ist.
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Ist als Antriebsmotor ein sogenannter MagnetläuSermotor verwendet,
der beim Abschalten der Versorgungsspannung ein großes Raltemoment hat, so wird
beim Abschalten der Versorgungsspannung das Untersetzungsgetriebe selbsthemmend
und hält das von ihr beaufschlagte Absperr-,
Steuer- oder Regelorgan
in der augenblicklich eingenommenen Lage.
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Ferner weist das Untersetzungsgetriebe gemaß der Erfindung eine das
Getriebe vom Elektromotor trennende Kupplung auf, die von Band oder mittels der
Abschalteinheit betätigbar ist.
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Torzugsweise weist die Antriebseinheit ein eine Fernanzeige ermöglichendes
von der Antriebswelle antreibbares Potentiometer und/oder das Stillsetzen des Antriebes
ermöglichende wegabhängig gesteuerte Schalter auf, die eine Schalteinheit bilden
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung weist die Abschaltein,leit der Antriebseinrichtung
eine auf Ausfall der Versorgungsspannung ansprechende das Ausrücken der Kupplung
bewirkende Schaltvorrichtung auf.
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Die Notstelleinheit der Antriebseinrichtung weist erfindungsgemäß
ein an der Antriebswelle angreifendes beim Arbeiten der Antriebseinrichtung aufziehbares
Federwerk auf, durch das beim Ausrücken der Kupplung das mit der Antriebseinrichtung
verbundene Steuer- oder Regelorgan in eine vorbestimmbare Endstellung bringbar ist.
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Schließlich weist die Umformereinheit der Antriebseinrichtung mindestens
ein Gleitstück auf, das in einer länglichen Öffnung eines Ventilstangenkopfes längsbeweglich
angeordnet ist und ein Durchgangsloch zur Aufnahme der Welle der Antriebseinheit
aufweist, wobei eine Zahnstange in der Öffnung befestigt ist, mit der ein ebenfalls
ein zur Aufnahme der Welle dienendes Langloch aufweisendes Zahnrad kämmt.
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Wie sich aus dem Vorstehenden ergibt, sind die einzelnen Bauteile
der Baugruppen fertigungstechnisch einfach ausgebildet ohne hierbei auf Betriebssicherheit,
Einstellgenauigkeit und lange Lebensdauer zu verzichten Dies zeigt in besonderem
Maße die als Hubantrieb dienende Umformeinheit, bei der die Zahnstange in dem vorzugsweise
aus zwei gleichen, mit Hilfe von Schrauben verbundenen Druckgusteilen bestehenden
Ventilstangenkopf eingespannt ist und mit dem auf der Antriebswelle sitzenden mit
dem ebenfalls aus zwei gleichen ochalen bestemenden Gloitstück zusammenwirkenden
Zahnrad kämmt. Alle Bauteile des Mubantriebes sind d aher durch einfaches Zusammenstecken
zu montieren.
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand mehrerer in der Zeichnung mehr
oder minder schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele beschrieben.
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Es zeigen Figur 1 - figur 4: Kombinationsbeispiele der Antriebseinrichtung
nach der Erfindung.
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Figur 5 : Einen Querschnitt durch die Antriebseinheit t der Antriebseinrichtung
naca der Erfindung.
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Figur 6 : Einen Schnitt längs der Linie VI-VI in Fig. 5 Figur 7: Eine
Seitenansicht der siotstelleinheit der Antriebseinrichtung.
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Figur 8 : Einen Querschnitt durch die Notstelleinheit gemäß Fig. 7.
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Figur 9: Einen Querschnitt durch die Abschalteinheit der Antriebseinrichtung.
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Figur 10 : Einen Querschnitt durch die Umformereinheit der Antriebseinrichtung
Figur 11: Einen Schnitt längs der Linie 2 XI in Fig. 10 Figur 12: Eine zweite Ausführungsform
der Umformereinheit der Antriobseinrichtung.
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Figur 13: Einen schnitt durch die Umformereinheit gemäB Fig. 12 und
Figur 14 : Eine dritte Ausführungsform der Umformereinheit gemäß Fig. 10.
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Ehe die Bausteine der Antriebseinrichtung, nämlich eine Antriebseinheit
2, eine Notstelleinheit 13, eine Abschalteinheit 14 und eine Umformeinheit 36, im
einzelnen beschrieben werden seien, um das Verständnis der Antriebseinrichtung zu
erleichtern, einige Kombinationsmöglichkeiten ihrer Bausteine erläutert.
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So ist in Fig. 1 ein Drehschieber 1 über eine Montageplatte 7 mit
der Antriebseinheit 2 mittels Schrauben 6 verbunden. Mit einem Handknopf 4 kann
eine Ausrückkupplung innehalb der Antriebseinheit betätigt werden, wonach der Drehachieber
mittels eines Handrades 5 von Hand eingestellt werden kann.
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In Figur 2 ist eine Drehschieber 11 über eine Montageplatte 15 mit
der Notstelleinheit 13, mit der Antriebseinheit 2 und mit der Abschalteinheit 14
verbunden. In diesem Anwendungsfalle bewirkt die Notstelleinheit, wenn die elektrische
Versorgungsspannung ausfällt, ein Abschalten der Antriebseinheit und die Notstelleinheit
13 bringt daraufhin den Drehschieber in seine vorgesehene Endstellung.
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Die Figur 3 zeigt schematisch den Zusammenbau der Antriebseinheit
2 mit der Umformeinheit 26. Dieser ist hier mit einem Bügelaufsatz 21 eines nicht
weiter dargestellten
Regelventils durch einen Zapfen 27, der zur
Umformeinheit gehört, und einer Mutter 28 fest verschraubt. Eine Nub stange 29 ist
durch eine nicht weiter dargestellte Kupplung Dit dem ebenfalls nicht dargestellten
Ventilkegel des Regelventils verbunden. Mit dem Handknopf 4 kann die Ausrückkupplung
betätigt und die Verstellung des Regelventils mittels einer Kurbel 25 von Hand vorgenommen
werden.
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Die Figur 4 zeigt schließlich schematisch den Zusammenbau der Antriebseinheit
2 mit der Umformeinheit 36, der Abschalteinheit 14 und der Notstelleinheit 13. In
diesem Falle ist die Umformeinheit 36 mittels eines Zwischenjochs 35 mit dem Regelventil
verbunden, das mit zwei Tragsäulen 31 ausgerüstet ist Wenn hier die Versorgungsspannung
unterbrochen wird, schaltet die Abstelleinheit die Autriebseinheit ab und das Absperrorgan,z.
B. ein Kegel oder ein Schieber eines Steuer- oder Regel-organes, wird durch die
liotstelleinheit 13 in die vorgesehene Endstellung gebracht Nun sei anhand von Fig.
5 der Aufbau und die Wirkungsweise der Antriebseinheit 2 beschrieben. Ein aus Stirnrädern
aufgebautes Untersetzungsgetricbe 51 ist zwischen Platinen 41 und 42 angeordnet
und wird von einem Elektomotor, nämlich von einem an der Platine 41 angeflanschten
l4agnetläufer-Synchronmotor 43 angetrieben. Die einzelnen Zahnräder des Untersetzungsgetriebes
sind der Übersichtlichkeit wegen in der Zeichnung nur angedeutet. Eine End- oder
Antriebswelle 44 i;st in den Platinen 41 und 42 und in den Lagern 4-5 und 46 eines
Gehäuses 4 gelagert. Das Untersetzungsgetriebe 51 ist dadurch um die Endwelle 44
drehbeweglich. Die unteren Enden der Platinen AG und 42 weisen Fortsätze 49 und
50 auf, zwischen denen sich ein Bolzen 48 befindet, der in Lagerböcken 52 und 53,
die ein Teil des Gehäuses bilden, mit seinem Vierkantkopf 57 und seiner Vierkantmutter
58 geführt ist. Auf dem Bolzen 48 sind eine
vorgespannte Feder 56
angeordnet. Die Vierkantmutter 58 ist soveit angezogen, daf die Entfernung wischen
dieser und dem Bolzenkopf 57 genauso groß ist wie der innere Abstand der LaLerböcke
52 und 53. Ist nun das Drehmoment an der Endvelle größer als die Vorspannung der
Feder 56, so wird der Blozen 58 je nach der Drehrichtung des Drehmomenten nach der
eiuch oder der anderen Seite unter Zusammendrückung der Feder 56 weggeschoben.
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Damit führt das Untersetzungsgetriebe 51 eine entsprochende Schwenkung
um die Endwelle 44 aus, die in Fig. 6 im Uhrzeigersinne dargestellt ist. Diese Schwenkung
des Untersetzungsgetriebes wird über nicht dargestellte Schalter zur Abschaltung
des Elektromotors 43 benutzt, wenn das Abschlußorgan, z. B. ein Kegel oder ein Schieber
des Steuer- oder Regelorgans in seine Endstellung fahrt. Hierbei überschreitet nämlich
das Drehmoment die vorgesehene Maximalgröße, für die die Vorspannung der Feder 56
ausgelegt wurde, Das aus den Platinen 41 und 42 bestehende Getriebegehäuse bildet
also einen Kippschalter, dessen Fortsätze 49 und 50 Anschläge fiiz das Federglied
bilden.
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Die Endwelle ist an der Stelle, wo sie aus dem Gehäuse 47 eraustritt,
als Flachkant 59 ausgeführt, womit sie mit dem zugehörigen Steuerorgan gekuppelt
werden kann. An der anderen Seite, jedoch noch im Gehäuse 47, hat die Endwelle 44
eine Verlängerung 67, die zum Antrieb nicht dargestellter Wege abhängiger Schalter
oder eines Potentiometers vorgesehen ist. Schalter und Potentiometer bilden eine
Baueinheit 68.
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Mit dem Untersetzungsgetriebe 51 ist eine Ausrückkupplung 69 verbunden,
die durch den Handknopf 4 betätigt werden kann.
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Mit ihr kann der mit großem Haltemoment ausgestattete Nagnetläufermotor
43 und das erste Zahnradpaar vom übrigen
Getriebe getrennt werden.
Der Antrieb ist dann nicht mehr selbsthemmend und kann von Hand verstellt werden.
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Das Gehäuse 47 weist an seien vier verstärkt ausgeführten Ecken Durchgangslöcher
33 auf, in die nicht dargestellte Kupplungsglieder z. B. Schrauben 9 einführbar
sind, um die Gehäuse mehrerer Baueinheiten mit einander zu verbinden.
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Die Notstelleinheit 13 (Fig. 7 und 8) weist ein Gehäuse 65 auf, das
an seinen Ecken ebenfalls Durchgangslöcher 33 besitzt. Ein Federwerk in t'orm einer
Spiralfeder 61 ist mit ihrem inneren Enden an einer auf der Antriebswelle 44 sitzenden
Nabe 62 mittels eines Stiftes 63 befestigt. Die Nabe 62 weist ein Langloch 66 auf,
in das die Mftriebswelle 44 eingreift. Das äußere Ende der upiralfeder ist zu einem
haken umgebogen und an einem im Geh,use 65 bcfestigen Stift 64 eingehängt.
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Die Feder 61 kann durch Wenden der Nabe 62 in bezug auf die Antriebswelle
44 ein entgegengesetztes Drehmoment erzeugen. Auch hier ist, das Gehäuse 65 an den
Ecken verstärkt und weist Durengangsbohrungen 33 auf'in die die Kupplungsglieder
9 eingreifen können.
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Die Abschalteinheit 14 besteht, wie Fig. 9 zeigt, aus einem in einem
mit Durchgangslöchern 33 versehenen Gehause angeordneten Schaltmagneten 24, der
entgegen der Kraft einer Feder einen Schaltanker 22 in seiner unwirksamen Stellung
hält. Beim Ausfallen der Versorgungsspannung bringt der Schaltanker die Ausrückkupplung
69 zum Ansprechen. Damit wird der mit einem Haltemoment ausgestattete Motor 43 vom
Getriebe getrennt. Da jetzt keine Selbsthemmung mehr vorhanden ist, kann eine Feder
70 in der jeweils gewählten Richtung wirksam werden, so daß die Antriebseinheit
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ausgeschaltet wird. Es kann aber auch die Notstelleinheit 13
wirksam werden und das jeweils anzutreibende Absperrorgan in die gewünschte Schaltstellung
überführen.
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i den Figuren lo und 11 ist die Umformereinheit 26, durch die eine
Drehbewegung in eine auf und ab gerichtete Bewegung umgeformt wird, gezeigt, die
in einem Gehäuse 81 Öffnungen für den Durchtritt der Antrittswelle 44 der Antriebseinheit
2 aufweist. An der unteren seite des Gehäuses befindet sich ein durchbohrter Fortsatz
82 mit einem Gewindeansatz 433, mit dessen Hilfe das Gehäuse an einen Ventil, einen
Schieber oder einem änhlichen Absperrorgan befestigt werden kann. In der Bohrung
84 des Fortsatzes t32 ist eine Stange 85 zur Betätigung des Abseierrorgans geführt.
Die an ihrem unteren Ende eine Eindrehung 86 zur Kupplung mit der Ventil spindel
aufweisende Stange 85 ist mit ihrem oderen Ende in einen Stangenkopf 87 fest eingeschraubt.
Eine Öffnung 88 des Stangenkopfes umfaßt die in das Gehäuse 81 eingreifende Antriebswelle
44, auf deren Flachkant ein ein Langloch 92' aufweisendes Ritzel 89 aufgesteckt
ist. Das Ritzel weist an beiden Seiten je einen Bund 90 auf, die als Lager für je
ein ein Durchgangsloch 92 aufweisendes Gleitstück 91 dienen, vgl. auch Fig. 11.
Die Gleitstücke 91 führen sich in in den Stangenhopf 87 eingearbeiteten Führungen
94 und 95, während das Ritzel 89 in einer Zahnstange 93 kämmt.
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Durch eine im Uhrzeiger- oder Gegenuhrzeigersinne erfolgende Drehung
des Ritzels 89, das sich an der Zahnstange 97 abwälzt, wird der Stangenkopf 87 im
Ausmaße des durch die Stirnseiten 71 und 72 der länglichen Öffnung 88 begrenzten
Hubes in bezug auf die relativ zum Gehäuse 81
feststeijende Antriebswelle
44 nach oben oder nach unt-en bewegt. Diese Bewegung wird über die Stange 85 auf
das mit ihr verbundene Absperrorgan übertragen.
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Die bei der Umformung der Drehbewegung in eine hin und her gehende
Bewegung auftretenden Kräfte werden in den Lagern des Gehäuses für die Antriebswelle
44 und durch den Fortsatz 82, der die Stange 85 führt, ebenfalls im Gehause 81 aufgefangen.
Diese Lagerstellen sind fertigungstechnisch einfach, aber in Abhangigkeit der aufzunehmenden
Kräfte kräftig ausgebildet. Das Gehäuse 81 weist auch hier verstärkte Ecken auf,
in denen Durchgangslöcher 33 zur Aufnahme der Kupplungsglieder 9 9-eingearbeite-t
sind.
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Ein zweites Ausführungsbeispiel der Umformeinheit ist in den Fig.
12 bis 14 dargestellt. Hier ist mit der Stange 85 ein Stangenkopf 98 verschraubt,
der ebenfalls eine längliche Öffnung 88 aufweist, in der eine Zahnstange 97 befestigt
ist. Mit dieser Zahnstange kämmt das auf der Antriebswelle 44 sitzende Zahnrad 89,
das ebenfalls zu beiden Seiten je einen Bund 9o aufweist. Gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel
sind hier die Gleitstücke zu einem u-förmig ausgebildeten Gleitstück 96 zusammengefaßt
wie dies Figur 14 zeigt. Um die Montage zu vereinfachen, kann, wie Figur 13 zeigt,
das u-förmig ausgebildete Gleitstück aus zwei gleichen Teilen loo und lol bestehen,
die an ihren Stegen mit Hilfe eines Verbindungselementes 99, beispielsweise eine
Schraube oder eine Niete zusammengehalten werden. Der Stangenkopf besteht hier aus
zwei gleichen mittels Schrauben miteinander verbundenen Druckgußteilen 98a und 98b,
zwischen denen die Zahnstange 97 eingespannt ist.
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Wie sich aus dem Vorstehenden ergibt, weisen die unterschiedliche
Punktionen ausführenden Baueinheiten gleiche
Genäuse auf, die mit
untereinander gleichem Abstand aufweisendem Öffnungen zur Aufnahme der Kupplungsglieder
bzw. zur Aufnahme der Antriebsglieder versehen sind, sie sind daher in der eingangs
genanntem Weise beliebig miteinander kombinierbar.
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Patentansprüche: