DE3221048A1

DE3221048A1 - Stellantrieb fuer ein verstellorgan wie ventil oder klappe

Info

Publication number: DE3221048A1
Application number: DE19823221048
Authority: DE
Inventors: Jens Nikolai 6400 Sonderborg Andresen
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1982-06-04
Filing date: 1982-06-04
Publication date: 1983-12-08
Also published as: DE3221048C2; DK157965B; DK157965C; DK242383D0; DK242383A

Description

Stellantrieb für ein Verstellorgan, wie Ventil
oder Klappe Die Erfindung bezieht sich auf einen Stellantrieb für ein Verstellorgan, wie Ventil oder Klappe, mit einem Motor, der eine Ausgangswelle in einer Richtung antreibt, und einer Rückstellfeder, die die Ausgangswelle in der anderen Richtung antreibt.
Bei einem bekannten Stellantrieb dieser Art (DE-OS ?r 27 599) wird der Motor durch eine pneumatisch betätigbare Kolben-Zylinder-Anordnung gebildet. Der Kolben ist über eine Zahnstange mit einem Zahnrad auf der Ausgangswelle verbunden. Die Rückstellfeder sorgt dafür, daß bei willkürlicher Unterbrechung der Druckluftzufuhr oder bei Unterbrechung der Druckluftversorgung das Verstellorgan in seine Ruhelage zurückkehrt.
Diese Anordnung eignet sich aber nur, wenn eine Druckluftversorgung vorhanden ist.
Ls sind auch Magnetventile bekannt, die in der einen Richtung durch einen Elektromagneten betätigt und durch eine Rückstellfeder zurückgeführt werden.
Hiermit lassen sich aber nur kleine Stellwege und geringe zu verstellende Massen beherrschen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stellantrieb der eingangs beschriebenen Art anzugeben, der einen elektrischen Motor aufweist und einfach betrieben werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Motor ein elektrischer Synchronmotor ist, dessen Ankerwicklung mittels einer Umschaltanordnung wahlweise mit Wechselspannung oder mit Gleichspannung versorgbar ist.
Ein solcher Synchronmotor wird zur Betätigung des Verstellorgans kontinuierlich angetrieben. Es können daher beliebig große Stellwege zurückgelegt werden. Auch die zu verstellende Masse des Organs spielt eine untergeordnete Rolle, da ein Synchronmotor entsprechender Leistung und/oder eine entsprechende Untersetzung beim Antrieb der Ausgangswelle gewählt werden können. Durch das Umschalten der Ankerwicklung von Wechselspannung auf Gleichspannung wirkt der Synchronmotor als Haltemagnet, der die Ausgangswelle entgegen der Kraft der Rückstellfeder sicher in der erreichten Position hält.
Bei der Rückstellung durch die Feder bt der Synchronmotor eine Dämpfungswirkung aus und verhindert dadurch Schäden durch eine zu schnelle Betätigung.
Die Zufuhr des elektrischen Stromes bereitet normal er weise keine Schwierigkeiten. Ein solcher Stellantrieb kann auch bei Fernbedienung verwendet werden.
Insbesondere kann die Umschaltanordnung einen vndlagenschalter aufweisen, der bei seiner Betätigung die Umschaltung von Wechselstrom auf Gleichstrom besorgt.
Immer dann, wenn die Ausgangswelle beziehungsweise das damit verbundene Stellorgan seine Endlage erreicht, erfolgt automatisch die Umschaltung auf Gleichstrom, so daß eine weitere Verstellung mit Sicherheit verhindert ist.
Besonders einfach ist Umschaltung bei Verwendung eines Wechsel schalters, der in seiner Ruhestellung die Ankerwicklung mit Wechselspannung versogt und in seiner Arbeitsstellung ein Relais erregt, das die Ankerwicklung an Gleichspannung legt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist dafür gesorgt, daß von der Wechselspannungsversorgung des Synchronmotors ein Gleichrichter speisbar ist, der die Ankerwicklung mit Gleichspannung versogt. Es braucht hier lediglich eine Zuleitung für Wechsel-Spannung vorhanden zu sein.
Im einzelnen empfiehlt es sich, daß ein erster Relaiswechselkontakt den einen Pol der Wechselspan ni2ngsversorgung in der Ruhestellung mit dem einen Anschlup des Synchronmotors und in der Arbeitsstellung mit dem einen wechselspannungsseitigen Diagonalpunkt eines Brückengleichrichters ein reiter Relais Arbeitskontakt den genannten Anschluß des Synchronmotors in er Arbeitsstellung mit dem einen gleichswannungsseitigen Diagonalpunkt und ein dritter Relais-Arbeitskontakt den anderen Anschluß des Synchronmotors mit dem anderen gleichspannungsseitigen Diagonalpunkt verbindet.
Auf diese Weise gelingt es mit einfachen Mitteln, den Synchronmotor von der Wechselspannung an die Gleichspannung zu legen.
Günstig ist es ferner, daß der Synchronmotor ?1E reversibler Motor ausgelegt ist, der zwei gleichartige Ankerwicklungen aufweist, die an einem Ende direkt und am anderen Ende über einen Kondensator miteinander verbunden sind und daß die Umschaltanordnung beide Ankerwicklungen mit Gleichspannung versogt. Her kann dann beim Einbau des Synchronmotors dafür sorgen, daß er für den Lauf in der einen oder anderen Drehrichtung angeschlossen ist und gleichzeitig die Rückstellfeder mit entsprechendem Wirkungssinn mantieren. Dies erlaubt eine rationelle Herstellung und geringe Lagerhaltung.
Hierbei empfiehlt es sich, daß ein Pol der Wechselspannungsversorgung ber einen Wechselschalter und je einen Endlagenschalter mit dem kondensatorseitigen Ende jeder der beiden Ankerwicklungen verbindbar ist. Mit Hilfe dieser Schalteranordnung ist fr den ahlweisen Betrieb in der einen oder anderer Richtung Vorsorge getroffen.
Hierbei kann der dritte und ein vierter Relais-Arbeitskontakt in der Arbeitsstellung die kondensatorzeitigen Enden der beiden Ankerwicklungen mit dem enderen gleichspannungsseitigen Diagonalpunkt des BrUkkengleichrichters verbinden.
Bezüglich der Ausbildung des Synchronmotors ist es günstig, wenn die Ankerwicklung als zur Drehachse konzentrische Spule ausgebildet ist, der mehrpolige Stator eine äußere Umpfangswand und zwei Stirnwände aufweist, von denen abweschselnd die dem Luftspalt zugewandten Poflächen ausgehen, und der Feldmagnet durch einen mehrpoligen Permanentmagneten gebildet ist. Ein solcher Synchronmotor hat kleine Abmessungen, einen sehr einfachen Aufbau und trotzdem ein hohes Drehmoment.
Kenn der Synchronmotor reversiebel sein soll, kann dafür gesorgt sein, daß die beiden Ankerwicklungen mit zugehörigen Statorteilen axial nebeneinander angeordnet, ihre Polflächen aber In Utnfangsrlchtung gegeneinander verschoben sind, und deß der Feldmagnet beide Ankerwicklungen durchsetzt. Die gegeneirder verschobenen Polflächen bestimmen bei Erregung der beiden Ankerwicklungen den Drehsinn.
Vorzugsweise ist die Motonrelle über ein Zahnrad-Untersetzungsgetriebe mit einer Rückstell-Drehfeder und über ein weiteres Zahnrad-Untersetzungsgetriebe mit der Ausgangswelle verbunden. Auf diese Preise kenn man mit Netz-Wechselspannung arbeiten, handelsübliche Rückstellfedern verwenden und auf das Verstellorgan ein verhältnismäßig großes Drehmoment aufbringen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten, bevorzugten Ausführungsbeispiels naher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 das Schaltbild eines erfindungsgemäßen Stellantriebs, Fig. 2 einen Schnitt durch einen erfindungsgemäß verwendbaren Synchronmotor mit separiertem Stator und Rotor und Fig. 3 eine Konstruktionsform eines erfindungsgemäßen Stellantriebs.
Ein Synchronmotor 1 weist einen Rotor 2 und einen Stator 3 mit zwei Ankerwicklungen 4, 5 auf.
Der Rotor 2 ist über eine Ausgangswelle 6 mit einem Verstellorgan 7, beispielsweise einem Ventil oder einer Klappe verbunden. Uber eie weitere Welle 8 ist der Rotor 2 mit dem inneren tnde einer spiralförmigen Rückstell-Drehfeder 9 verbunden, deren anderes Ende eine gehäusefeste Halterung 10 besitzt. Die beiden Ankerwicklungen ,5 sind gleichartig. Das eine Ende beider Ankerwicklungen ist mit einem gemeinsamen Anschluß 11 verbunden.
Die anderen Enden der beiden Ankerwicklurgen führen zu Anschlüssen 12, 13, zwischen die ein Kondensator 14 geschaltet ist.
Eine Spannungsversorgung weist einen Wechselspannung Uw führenden Pol 15 und einen auf Nullpotential liegenden Pol 16 auf. Der Pol 15 ist über einen Ein Aus-Schalter 17, einen Wechselschalter 18 und je einen Endlagenschalter 19 bzw. 20 mit dem Anschluß 12 bzw, 13 des Synchronmotors 1 verbindbar. Der andere Anschluß 11 steht über einen Wechselkontakt 21 eines Relais 22 mit dem Pol 16 in Verbindung. Dieses Relais 22 wird erregt, wenn der Endlagenschalter 19 bzw. ?O in seine Arbeitsstellung umgeschaltet wird. Das Relais besitzt außer dem Wechselkontakt 21 noch die Arbeitskontakte 27, 24, 25. Die Relaiskontakte 21, 23, 2, 25) dienen dazu, bei .erregung des Relais 22 eine Gleichrichterbrücke 26 derart einzuschalten, daß die Ankerwicklungen k, 5 des Synchronmotors 1 mit Gleichspannung versorgt werden. Zu diesem Zweck ist der wechselspannungsseitige Diagonalpunkt 27 der Brücke 26 mit einem Punkt 28 hinter dem Ein-Aus-Schalter 17 und der andere wechselspannungsseitige Diagonalpunkt 29 in der Arbeitsstellung des Wechselkontakts 21 mit dem Pol 16 verbunden. Der eine gleichspannungsseitige Diagonalpunkt 30 liegt In der Arbeitsstellung des Arbeitskontakts 23 am Anschluß 11 und der andere gleichspannungsseitige Diagonalpunkt 31 über einen Vorwiderstand 2 an den Anschüssen 12 bzw. 13, wenn sich die Arbeitskontakte 24, 25 in Arbeitsstellung befinden.
Bei der Montage wird der Synchronmotor 1 für eine bestimmte Drehrichtung eingebaut, indem der echselschalter 18 eine vorgegebene Lager erhält.
In Gegendrehrichtung wird die Rückstellfeder 9 eingebaut. Durch Betätigen des Ein-Aus-Schalters 17 ird der Synchronmotor 1 in Betrieb gesetzt.
lenn das Verstellorgan 7 oder die Ausgangswelle 6 eine bestimmte Endlage erreicht, wird der Endlagenschalter 20 umgeschaltet und das Relais 22 spricht an. Nunmehr werden die Ankerwicklungen 4, 5 mit Gleichspannung versorgt, so daß der Synchronmotor als Haltemagnet wirkt. Wenn der Ein-Aus-Schalter 17 geöffnet wird oder die Spannungsversorgung ausfällt, kehrt das Stellorgan 7 unter dem Einfluß der Rückstellfeder 9 in die Ursprungslage zurück.
Gemäß Fig. 2 weist der Rotor 2 des Synchronmotors 1 eine Motorachse 33 und einen Feldmagneten 34 in der Form eines Permanentmagneten auf, der in Umfangsrichtung abwechselnd sechs Polpaare besitzt.
Im Stator 3 sind die beiden Ankerwicklungen , 5 als zur Drehachse konzentrische Spulen ausgebildet, die in Kunstoffhüllen 35, 36 eingebette sind, die gleichzeitig die Lager 37 und 38 für die Notorwelle Dz bilden. Das Magnetjoch wird von zwei äuseren topfartigen Teilen 39, 40 und einem mittleren scheibenförmigen Teil 41 gebildet. Von den äußeren Teilen ragen je sechs, als Lappen ausgebildete Polflächen 42 bzw. 43 nach innen, die in Umgangsrichtung gegeneinander versetzt sind. Von dem mittleren Teil 41 gehen nach entgegengesetzten Seiten, ebenfalls in Umfangsrichtung etwas versetzt, je sechs Polflächen 44, 45 ab, Infolgedessen dreht sich der Rotor 2 bei Speisung der Anker«icklungen 4, 5 mit Wechselspannung, ^ trend er bei Speisung mit Gleichspannung magnetisch festgehalten wird.
In Fig. 3 ist veranschaulicht, daß der Synchronmotor 1 mit einem vorgeschalteten Untersetzungsgetriebe 46 versehen ist. Dessen Ausgangswelle 47 ist einerseits mit zwei Spiralfederpaketen 43 und 49 verbunden, welche die Rückstellfeder 9 bilden und trägt andererseits ein Zahnrad 50. Dieses kämmt mit einem groberen Zahnrad 51, das zusammen mit einem weiteren Zahnrad 52 auf einer Achse 53 sitzt. Das Zahnrad 52 steht in Verbindung mit einem größeren Zahnrad 54, das drehfest mit einer Ausgangswelle 55 zum Anschluß des Verstellorgans 7 verbunden ist. Gehäuseplatten 56, 57 dienen der Lagerung der einzelnen Zahnräder.
Ein Gehäuse 58 für die Federpakete ist fest auf einem Deckel 59 des Gehäuses montiert. Die Ausgangswelle 54 ist mit einem Mehrkant 60 versehen, so daß das Verstellorgan notfalls auch von Hand gedreht erden kann. Die Zahnräder 50 bis 54 bilden ein zweites Untersetzungsgetriebe, das ebenso wie das Untersetzungsgetriebe 46 nicht selbstsperrend ausgebildet ist.
Die Ausgangswelle 55 kann nach oben verlängert werden, beispielsweise um dort ein Potentiometer oder einen Endlagenschalter anzuordnen. Mittels eines solchen Potentiometers kann auch der Endlagenschalter 19, 20 spannungsgesteuert werde.

Claims

Patentansprüche 1. Stellantrieb für ein Verstellorgan, wie Ventil cer Klappe, mit einem Motor, der eine Ausgangs welle in einer Richtung antreibt, und einer RUckstellfeder, dir die Ausgangswelle zur der anderen Richtung antreibt, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor ein elektrischer Synchronmotor (1) ist, dessen Ankerwicklung (4, 5) mittels einer Umschaltanordnung (20, 21, 23, 24, ?5) wahlweise nit urechselspannung oder mit Gleichspannung versorgber ist.
2. Stellantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekßnnzeichnet, daß die Umschaltanordnung einen EndlagenschalteM (20) aufweist, der bei seiner Betätigung die Umschaltung von Wechselstrom auf Gleichstrom besorgt.
Stellantrieb nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Wechselschalter (20), der in seiner Ruheteilung die Ankerwicklung (4, 5) mit Wechselspannung gersorgt und in seiner Arbeitsstellung ein Relais (22) erregt, das die Ankerwicklung an Gleichspannung legt.
Stellantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß von der Wechselspannungsversorgung des Synchronmotors (1) ein Gleichrichter (26) speisbar ist, der die Ankerwicklung (4, 5) mit Gleichspannung versorgt.
5. Stellantrieb nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Relaiswechselkotakt (21) den einen Pol (16) der Wechselspannungsversorgung in der Ruhestellung mit dem einen Anschluß (11) des Synchronmotors (1) und in der Arbeitsstellung mit dem einen wechselspannungsseitigen Diagonalpunkt (30) eines Brückengleichrichters (26) ein zweiter Relais-Arbeitskontakt (2t) den genannten Anschluß (11) des Synchronmotors in der Arbeitsstellung mit dem einen gleichspanrungsseitigen Diagonalpunkt (29) und ein dritter Relais-Arbeitskontakt (24) den anderen Anschluß (13) des Synchronmotors mit dp anderen gleichspannungsseitigen Diagonalpunkt (31) verbIndet.
6. Stellantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Synchronmotor (1) als reversibler Motor ausgelegt ist, der zwei gleichartige Ankerwicklungen (4, 5) aufweist, die an einem Ende direkt und am anderen Ende über eiren Kondensator (14) miteinander verbunden sind und daß die Umschaltanordnung (20, 21, 23, 24, 25) beide Ankerwicklungen mit Gleichspannung versorgt.
7. Stellantrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichret, daß ein Pol (15) der Wechselspannungsversorgung über einen Wechselschalter (18) und je einen Endlagenschalter (19, 20) mit dem kondensatorseitigen Ende Jeder der beiden Ankerwicklungen (4, 5) verbindbar ist.
8. Stellantrieb nach Anspruch 5 und 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte (24) und ein vierter Belais-Arbeitskontakt (25) in der Arbeitsstellung die kondensatorseitigen Ender der beiden Ankerwicklungen (4, 5) mit dem anderen gleichspannungsseitigen Diagonalpunkt (31) des Brückengleichrichters (26) verbindet.
9. Stellantrieb nach eine der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerwicklung (b, 5) als zur Drehachse konzentrische Spule ausgebildet ist, der mehrpolige Stator (3) eine äußere Umfangswand und zwei Stirnwände aufweist, von denen abwechselnd die dem Luftspalt zugerandten Polflächen (42-45) ausgehen, und der Feldmagnet (24) durch einen mehrpoligen Permanentmagneten gebildet ist.
10. Stellantrieb nach Anspruch 9 und 6 bis e, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ankerwicklungen (4, 5) mit zugehörigen Statorteilen axial nebeneinander angeordnet, ihre Polflächen (42-45) aber in Umfangsrichtung gegeneinander verschoben sind, und daß der Feldmagnet (34) beide Ankerwicklungen durchsetzt.
11. tellantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Motorwelle (33) über ein Zahnrad-Untersetzungsgetriebe (46) mit einer Rückstell-Drehfeder (9) und über sir eiteres Zahnrad-Untersetzungsgetriebe (50, 51, 52) 54) mit der Ausgangswelle (55) verbunden ist.