DE29619866U1

DE29619866U1 - Vorrichtung zum Messen von Spindelkräften an Armaturen

Info

Publication number: DE29619866U1
Application number: DE29619866U
Authority: DE
Original assignee: Preussag Wasser und Rohrtechnik GmbH
Current assignee: Kep Kraftwerk-Engineering Peine De GmbH
Priority date: 1995-10-20
Filing date: 1996-10-18
Publication date: 1997-01-23
Anticipated expiration: 2006-10-19

Description

2301GM

Vorrichtung zum Messen von Spindelkräften an Armaturen 5

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen von Spindeikräften an Armaturen.

In der Praxis bekannt sind mit einem hohen Aufwand durchzuführende Wirkleistungsmessungen des Armaturenantriebes. Hierbei wird das Drehmoment des Antriebes umgerechnet in eine Spindeikraft. Von Nachteil ist, daß bei der Umrechnung ein Reibwert zwischen Spindel und Spindelmutter einbezogen wird, der mit großen Schwankungen behaftet ist und dadurch auch die ermittelte Spindeikraft großen Schwankungen unterliegt.

Es ist ferner ein Meßverfahren bekannt, bei dem durch die Spindelkraft ein Bleiklotz verformt wird, der mit anderen Bleiklötzen, die unter definierten Kräften verformt werden, verglichen wird. Dieses Verfahren hat den Nachteil einer großen Ungenauigkeit und kann nur einmalig eingesetzt werden.

In der G 90 06 338.4 U1 ist eine Meßvorrichtung zum Bestimmen einer von einer Spindel einer Armatur ausgeübten Kraft beschrieben. Dabei wird ein Stempel, auf den durch die Spindel eine Kraft ausübbar ist, in einem Gehäuse angeordnet, welches mit dem Gehäuse der Spinde! fest gekoppelt ist. Der Stempel steht mit einer mechanischen Feder in Wirkverbindung, die gegen das Gehäuse abgestützt angeordnet ist. Auf dem Stempel ist ein Dehnungsmeßstreifen angeordnet. Eine derartige Meßvorrichtung muß jedoch bei Betrieb der Armatur abmontiert werden.

Zur Bestimmung des funktionalen Zusammenhangs von Verschiebeweg und Spindelkraft an der Armatur ist in der G 90 06 338.4 U1 vorgesehen, einen Wegaufnehmer mit einer im rechten Winkel zu der Spindel angeordneten Schneckenwelle eines Stellantriebes zu verbinden, die über eine Spindelmutter und ein Schneckenrad mit der Spindel in Wirkverbindung steht. Mit dem ' Wegaufnehmer wird der Verschiebeweg der Schneckenweile gemessen. Damit erfolgt die Messung der Spindelkräfte indirekt durch die Messung eines Drehmomentes der SpindeJmutter über die Verschiebung einer Schneckenwelle im Stellantrieb. Diese kann auch nach dem Stand der Technik federnd gelagert sein.

Nachteil einer derartigen Messvorrichtung nach dem Stand der Technik ist jedoch, daß über die Messung des Drehmomentes des Antriebes auf die vorhandene Spindelkraft der Armaturenspindel geschlossen wird, ohne jedoch die Reibung im Spindelgewinde ausreichend zu berücksichtigen. Diese Reibung wird bei der Berechnung der Spindelkraft aus der Drehmomentmessung als Reibbeiwert berücksichtigt, allerdings nur als Konstante, die bei der Kalibrierung ermittelt wird. Der Reibbeiwert ändert sich jedoch erheblich während des Betriebes der Armatur, zum Beispiel durch Verschleiß, Spülung, Schmierung und/oder beim Einlaufen der Armatur.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, die die Nachteile des Standes der Technik vermeidet. Insbesondere soll eine Meßvorrichtung geschaffen werden, mit dem sich auch während des Betriebes der Armatur die Spindelkräfte der Spindel direkt messen lassen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Definierte Kräfte werden in eine im praktischen Einsatz befindliche Armatur eingeleitet und mit Hilfe dieser Kräfte die sensorischen Signale einer in der Armatur befindlichen Meßeinrichtung kalibriert. Beim Betrieb der Armatur wird die Verlagerung der Spindelmutter

gegen eine Federkraft gemessen und diese Werte mit denen in die Armatur vorher definiert eingegebenen Kräften verglichen.

Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, daß mit geringem Aufwand sehr ' genaue direkte Meßwerte der Spindelkraft erzielt werden, so zum Beispiel bei Schwergängigkeit der Spindel oder veränderten Stopfbuchsreibkräften, ohne den Reibbeiwert zwischen der Spindel und der Spindelmutter (Gewinde) oder innerhalb des Stellantriebes berücksichtigen zu müssen. Des weiteren ist eine Messung während des Betriebes der Armaturen möglich, so daß die Armaturen permanent überwacht werden können, insbesondere ist auch eine Messung bei Stillstand der Spindel und der Spindelmutter möglich. Bevorzugt wird die Verlagerung der Spindelmutter gegen eine Federkraft mittels einer Wirbeistromsensorik gemessen. Dadurch wird es möglich, mit einfachen, der Meßeinrichtung nachgeschalteten Mitteln, die Meßergebnisse permanent zu erfassen und online zu protokollieren.

Eine weitere bevorzugte Verfahrensvariante ist die einfache Messung der Verformung der Lagerstege, insbesondere mittels Dehnungsmeßstreifen, die im Vergleich mit den Meßwerten, die vorher mit den definiert in die Armatur eingegebenen Kräften, zum Beispiel während der Kalibrierung, erzielt wurden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Messung von Spindeikräften in einer Armatur, insbesondere im Steliantriebskopf einer Armatur, besteht aus einem Gehäuse (1) einer Spindel (2) und/oder einer Spindelmutter (3) mit einem Spindelmutterbund (9), mindestens einem Lager sowie mindestens einer Feder, wobei die Feder zwischen dem Gehäuse und dem Spindelmutterbund (9) oder dem Lager angeordnet ist und gegen das Gehäuse (1) abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Sensor (5) zur Messung des Verschiebeweges der Spindelmutter (3) oder der Spindel oder eines Lagers in Spindellängsrichtung in dem Gehäuse (1) angeordnet ist. Mittels dieser Vorrichtung läßt sich das Verfahren zum Messen von Spindelkräften an Armaturen kostengünstig mit wenig Aufwand auch während des praktischen Einsatzes der

Armatur durchführen. Des weiteren können auch Armaturen nach dem Stand der Technik leicht und mit geringem

Aufwand nachgerüstet werden. Die Ausrichtung des Sensorkopfes auf die Spindelmutter mißt zuverlässig die Verschiebung bzw. Verlagerung der Spindelmutter relativ zu dem Gehäuse.

In einer spezieilen Ausführung ist der Sensor als Wirbelstromsensor ausgebildet und der Spindelmutterbund (9) besteht aus nicht ferromagnetischem Materiai im Gegensatz zu dem oder den Lager(n) und/oder der oder den Feder(n), die aus ferromagnetischem Material bestehen. Der Sensor ist in etwa in Höhe der Auflage des Spindelmutterbundes (9) auf das Lager (7) oder die Feder (11) in dem Gehäuse angeordnet.

Mit dieser vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung läßt sich die Messung der Spindelkräfte besonders gut und zuverlässig durchführen, da die Messung berührungslos durchgeführt werden kann und der Materialwechsel zwischen Lager bzw. Federn und Spindelmutter besonders gut deiektiert werden kann.

Die Anordnung mindestens eines weiteren Sensors etwa in Höhe der Auflage eines oberen Lagers (12) auf den Spindelmutterbund (9) in das Gehäuse (1) ist vorteilhaft, da bei Ausfall eines Sensors auch weiterhin die Spindelkraft gemessen werden kann. Des weiteren kann, zum Beispiel bei Verklemmen der Feder bzw. des Lagers, mittels eines weiteren Sensors noch eine zuverlässige Messung erreicht werden. Auch kann der gesamte Meßbereich, in dem die zurückgelegte Wegstrecke der Spindelmutter gemessen werden kann, vergrößert werden, so daß die Spindelmutterwegstrecke auch dann noch erfaßt wird, wenn die Spindelmutter außerhalb des Meßbereiches eines Sensors gefahren wird.

Ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Figur 1 dargestellt. Die Figur 1 zeigt einen Querschnitt eines Steilantriebkopfes als Teil einer Armatur. Mittels des Flansches (8) kann dieser Stellantriebskopf an die Lagerstege der

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Armaturen (nicht dargestellt) befestigt werden. An den Anschluß (6) kann ein Antrieb, z. B. ein Elektroantrieb angeschlossen werden. Über die Paßfeder

(16) ist die Spindelmutter (3) mit dem Elektroantrieb verbunden. Das Lagergehäuse (1) enthält in diesem Ausführungsbeispiel die untere Feder (11), das · untere Lager (7), die Spindelmutter (3) mit der Armaturenspinde! (2), sowie das obere Lager (12) und die obere Feder (4) und wird abgeschlossen durch einen Gewindering (14), welcher fest mit dem Lagergehäuse (1) verbunden wird. Ein Teil der Spindelmutter, vorzugsweise im mittleren Bereich, ist ais Spindelmutterbund (9) ausgeführt. Das Lager (7) ist ebenso wie das Lager (12) als Kugellager ausgeführt mit den Lagerrücken (7a), die in diesem Beispiel aus Stahl bestehen. Die Spindelmutter (3) besteht aus Messing. Allerdings können auch andere Materialien eingesetzt werden. Die Filzringe (15) dienen zur Abdichtung und die Druckstücke (13) zur Optimierung der Auflagefläche für die Feder. In diesem Ausführungsbeispiel sind zwei Wirbelstromsensoren (5), die in zwei Bohrungen (als Mittellinie eingezeichnet) in das Gehäuse (1) eingesetzt werden, vorgesehen. Dabei erfaßt jeweils ein Sensorden Bereich des Materialwechsels zwischen dem Lager (12) und dem Spindelmutterbund (9) bzw. dem unteren Lager (7) und dem Spindelmutterbund (9). Die Sensoren sind mit einer nicht dargestellten Auswerteeinheit verbunden. Der Sensorkopf jedes Wirbelstromsensors (5) ist in Richtung der Spindelmutter (3) bzw. Spindelmutterbundes (9) ausgerichtet. Die Federn (4, 11) sind als Tellerfedern ausgebildet. Bei diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine moderne Armatur, bei der die Spindelmutter zur Begrenzung der Armaturensteifigkeit mit Tellerfedern gelagert ist. Des weiteren handelt es sich bei diesem Ausführungsbeispiel um eine Armatur mit einer nicht drehenden Spindel, d. h., daß die Spindel gegen ein Verdrehen gesichert ist. Die Armatur wird über das Spindelgewinde bei sich drehender Spindelmutter axial verschoben, also geöffnet oder geschlossen. Selbstverständlich kann statt eines Elektroantriebes auch ein Handrad eingesetzt werden. Auch können andere Sensoren eingesetzt werden, die den Weg der Spindelmutter messen, woraus sich die Spindelkräfte berechnen lassen.

Claims

1. Vorrichtung zur Messung von Spindeikräften in einer Armatur, insbesondere im Stellantriebskopf einer Armatur, bestehend aus einem Gehäuse (1), einer Spindel (2) und/oder einer Spindelmutter (3) mit einem Spindeimutterbund (9), mindestens einem Lager sowie mindestens einer Feder, wobei die Feder zwischen dem Gehäuse und dem Spindelmutterbund (9) oder dem Lager angeordnet ist und gegen das Gehäuse (1) abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Sensor (5) zur Messung des Verschiebeweges der Spindelmutter (3) oder der Spindel oder eines Lagers in dem Gehäuse (1) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (5) als Wirbelstromsensor ausgebildet ist und der Spindelmutterbund (9) aus nicht ferromagnetischem Material und die Lager und/oder die Federn aus ferromagnetischem Material bestehen und daß der Sensor (5) in etwa in

Höhe der Auflage des Spindelmutterbundes (9) auf das Lager (7) oder die Feder (11) in dem Gehäuse (1) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5 dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein weiterer Sensor (5) in etwa in Höhe der Auflage des Lagers (12) auf den Spindelmutterbund (9) in dem Gehäuse (1) angeordnet ist.