DE3706621A1 - Antrieb, insbesondere zur betaetigung von armaturen mit schnellschalteinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Antrieb, insbesondere zur Be­ tätigung von Armaturen mit Schnellschalteinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Derartige Antriebe sind z.B. in der DE-OS 21 23 677, der DE-OS 27 42 219 und im DE-GM 69 22 573 offenbart.

Für verschiedene Anwendungszwecke, insbesondere den Einsatz in Kernkraftwerken, müssen erhöhte Sicherheitsanforderungen erfüllt werden. Aus diesem Grunde werden Armaturen mit Schnellschalteinrichtung oft redundant vorgesehen, damit beim Ausfall einer solchen Armatur die andere die Sicher­ heitsaufgaben wahrnehmen kann. Dies bedeutet einen hohen Kostenaufwand.

Die Erfindung geht nun aus von dem Gedanken, daß gerade die besonders teuren Teile von Sicherheitsarmaturen mit Schnellschalteinrichtung verhältnismäßig störunanfällig sind, nämlich das aus teurem Spezialstahl gearbeitete Ven­ tilgehäuse und das Ventilverschlußteil. Es wäre daher mög­ lich, die hohen an Sicherheitsarmaturen-Systeme zu stellen­ den Anforderungen auch dadurch weitgehend zu erfüllen, daß man nur den auf das Ventilverschlußteil arbeitenden Antrieb so ausbildet, daß auch bei etwaigen Fehlern im Antrieb das schnelle Schalten des auf das Ventilverschlußteil arbeiten­ den Abtriebsteiles von der Bereitschaftsstellung in die Arbeitsstellung weiterhin gewährleistet bleibt.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird durch die Erfindung ein An­ trieb mit den im Anspruch 1 aufgeführten Merkmalen geschaf­ fen.

Bei dem erfindungsgemäßen Antrieb ist derjenige Teil in mehrfacher Ausführung vorhanden, welcher für eine gattungs­ gemäße Armatur mit Schnellschalteinrichtung von größter Bedeutung ist, nämlich die Schaltkupplung, über welche der Kraftfluß zwischen dem selbsthemmenden Spannmotor und dem Abtriebsteil bei Eintreten eines Störfalles aufgehoben wird, so daß sich das Abtriebsteil unter der Einwirkung der Vor­ spannfederanordnung rasch aus der Bereitschaftsstellung in die Arbeitsstellung bewegt. Gerade bei derartigen Schalt­ kupplungen, die in der Praxis eine Vielzahl miteinander kämmender Zähne aufweisen und mit hoher Kraft beaufschlagt sind, besteht die Gefahr eines unkontrollierten Verklemmens. Diese Gefahr besteht nur in geringerem Ausmaße bei den Füh­ rungen und Dichtpackungen für die das Ventilverschlußteil tragende Ventilspindel.

Mit einem erfindungsgemäßen Antrieb lassen sich somit Sicherheitsarmaturen realisieren, die bei nur verhältnismäßig geringem zusätzlichem Aufwand die Sicherheit zweier oder noch mehr parallel geschalteter herkömmlicher Sicherheits­ armaturen bieten, bezüglich des Einbaues in ein Rohrlei­ tungssystem sogar vorteilhafter sind, da Anschlußstellen und Zweigleitungen eingespart werden, die immer auch eine zusätzliche Gefahrenquelle darstellen.

In der Praxis kann ein erfindungsgemäßer Antrieb sehr kom­ pakt gebaut werden, so daß der Raumbedarf einer mit ihm ausgerüsteten Sicherheitsarmatur nicht nennenswert gegen­ über dem Raumbedarf einer herkömmlichen Sicherheitsarmatur erhöht wird. Dies bedeutet zugleich, daß man nunmehr auch an räumlich beengten Stellen eines Rohrleitungssystemes, an denen der Einsatz von zwei oder mehr parallel geschal­ teten Sicherheitsarmaturen aus räumlichen Gründen ausge­ schlossen ist, nunmehr erhöhte Sicherheit bereitstellen kann.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteran­ sprüchen angegeben.

Ein Antrieb, wie er im Anspruch 2 angegeben ist, hat be­ sonders kleine radiale Abmessungen; wo geringe axiale Ab­ messungen bevorzugt werden, ist ein Antrieb gemäß Anspruch 6 besonders vorteilhaft.

Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 3 wird erreicht, daß die beiden verfahrbaren Kupplungsteile der beiden Schaltkupplungen gleichen Arbeitshub haben. Dies ermöglicht es insbesondere, auf handelsübliche magnetische Schaltkupplungen mit stirnflächenverzahnten Kupplungsteilen zurückzugreifen.

Ein Antrieb gemäß Anspruch 4 zeichnet sich dagegen durch besonders einfachen mechanischen Aufbau und kompakte Ab­ messungen aus, da ein gesondertes Übertragungsteil entfal­ len kann.

Bei einem Antrieb gemäß Anspruch 5 liegen die Schaltkupp­ lungen am freien Ende des Antriebes, lassen sich also leicht warten und reparieren. Darüber hinaus liegt der Spannmotor nahe beim Abtriebsteil und damit nahe bei der zu bewegenden Last, so daß das Antriebsgehäuse verhältnis­ mäßig leicht ausgebildet werden kann, ohne daß die Gefahr von Schwingungen besteht. Wird dagegen der in der Regel schwere Spannmotor am Ende eines gestreckten Antriebsge­ häuses angebracht, so muß letzteres dicke Wände haben, da­ mit Schwingungen und hierdurch induzierte Ermüdungsbrüche mit Sicherheit vermieden werden.

Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 7 wird erreicht, daß die verschiedenen radial ineinandergeschach­ telten Kupplungsringe keine große Breite zu haben brauchen.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 8 ist wie­ derum im Hinblick auf möglichst geringe axiale Gesamtab­ messung des Antriebes von Vorteil.

Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 9 erhält man eine zusätzliche Sicherheit für das Bewegen des Ab­ triebsteiles in die Arbeitsstellung, wobei diese zusätzli­ che Sicherheitsmaßnahme qualitativ anderer Art ist als die Haupt-Sicherheitsmaßnahmen, so daß gerade bei Versagen der­ selben ein zuverlässiges Bewegen des Abtriebsteiles in die Arbeitsstellung gewährleistet ist. Öffnet dagegen minde­ stens eine der mechanisch in Reihe geschalteten Schalt­ kupplungen ordnungsgemäß, so wird durch die im Anspruch 9 aufgeführte Zusatzmaßnahme das Funktionieren der Haupt- Sicherheitsmaßnahme in keiner Weise negativ beeinflußt; der Spannmotor dreht in diesem Falle leer. Dies macht es möglich, die zusätzliche Sicherheitsmaßnahme schon auf bloßen Verdacht unmittelbar bei Vorliegen eines Störfalles einzuleiten, nicht erst dann, wenn gesonderte Fühler, z.B. ein mit dem Ventilverschlußteil zusammenarbeitender End­ lagenfühler, auch noch nach einer unter Normalverhältnissen zum Bewegen der Last von der Bereitschaftsstellung in die Arbeitsstellung ausreichenden Zeit anzeigen, daß die Ar­ beitsstellung nicht erreicht wurde. Dies bedeutet einen erheblichen Zeitvorteil beim Einleiten von Not-Sicherheits­ maßnahmen.

Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 10 ist mit geringem baulichem Aufwand gewährleistet, daß die Not- Sicherheitsmaßnahme rasch abläuft. Alternativ könnte man bei Verwendung eines Gleichstrommotors daran denken, diesen für die Not-Sicherheitsmaßnahme mit einem gegenüber dem normalen Arbeitsstrom deutlich erhöhten Strom zu versorgen, wobei ebenso wie bei der ersten Alternative im Hinblick auf die sehr kurze Zeit derartiger Not-Sicherheitsmaßnah­ men keine besonderen Vorkehrungen bezüglich der Motorküh­ lung getroffen werden müssen.

Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 11 ist gewährleistet, daß sich das Abtriebsteil nach einer Stör­ fallsituation auch dann wieder in die Bereitschaftsstellung bewegen läßt, wenn die Schaltkupplungen beim vorhergehenden Öffnen beschädigt worden sein sollten.

Liegen die Schaltkupplungen beim freien Ende des Antriebes, so läßt sich das mechanische Überbrücken der gesamten Kupp­ lungsanordnung gemäß Anspruch 12 besonders einfach durch­ führen.

Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 13 ist gewährleistet, daß die Verlagerung des Abtriebsteiles von der Bereitschaftsstellung in die Arbeitsstellung auch dann noch zuverlässig erfolgt, wenn eine der Federn nicht rich­ tig arbeitet, z.B. bricht.

Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 14 ist es möglich, bei im wesentlichen unveränderter Grundgeome­ trie des Antriebes die Schaltrichtung umzudrehen.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei­ spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:

Fig. 1: einen axialen Schnitt durch eine Sicherheitsarma­ tur für den Einsatz in Kraftwerken;

Fig. 2: ein Blockschaltbild der wichtigsten mechanischen und elektrischen Teile der Sicherheitsarmatur nach Fig. 1;

Fig. 3: einen Ausschnitt aus dem Blockschaltbild nach Fig. 2 für eine abgewandelte Sicherheitsarmatur;

Fig. 4 und 5: zu Fig. 1 ähnliche axiale Schnitte durch abgewandelte Sicherheitsarmaturen; und

Fig. 6 und 7: axiale Schnitte durch abgewandelte An­ triebe für Sicherheitsarmaturen.

Fig. 1 zeigt eine schnell schließende Sicherheitsarmatur zum Absperren einer Rohrleitung in einem Kraftwerk, insbe­ sondere Kernkraftwerk, wobei die verschiedenen Armaturen­ teile nach Auftreten eines Störfalles in ihrer Arbeitsstel­ lung wiedergegeben sind.

Die Sicherheitsarmatur hat ein mehrfach geteiltes Gehäuse, zu welchem ein unteres Ventil-Gehäuseteil 10, ein oberes Ventil-Gehäuseteil 12 mit einer angeformten zylindrischen Federkammer 14, ein hierauf aufgesetztes becherförmiges Kupplungsgehäuse 16 sowie ein Deckel 18 gehören. Diese ver­ schiedenen Gehäuseteile sind durch bekannte, nicht näher gezeigte Mittel fest und wo nötig strömungsmitteldicht mit­ einander verbunden, z.B. verschraubt.

Die Ventil-Gehäuseteile 10, 12 begrenzen einen Einlaßkanal 20 sowie einen Auslaßkanal 22, welche an die abzusichernde Rohrleitung angeschlossen werden. Das untere Ventilgehäuse­ teil 10 hat einen zwischen Einlaßkanal 20 und Auslaßkanal 22 liegenden horizontalen Ventilsitz 24, der mit einem ver­ tikal verfahrbaren kegelförmigen Verschlußteil 26 zusammen­ arbeitet. Letzteres sitzt am unteren Ende einer Spindel 28, welche durch die obere Wand des Gehäuseteiles 12 hin­ durchgeführt ist und dort durch eine Dichtpackung 30 abge­ dichtet ist.

Die Spindel 28 ist in ihrem in Fig. 1 unteren Abschnitt glatt und hat einen oberen mit Gewinde versehenen Spindel­ abschnitt 32, der mit einer Spindelmutter 34 zusammenarbei­ tet. Der durch den Spindelabschnitt 32 und die Spindelmut­ ter 34 gebildete Gewindetrieb kann in der Praxis ein Pla­ netenrollgewindetrieb oder ein Kugelumlaufgewindetrieb sein.

Die Spindelmutter 34 ist über ein großes Radial/Axiallager 36 in der Bodenwand des Kupplungsgehäuses 16 gelagert. An die Umfangsfläche der Spindelmutter 34 ist ein Antriebs­ flansch 38 angeformt, der eine nach oben weisende Stirn­ flächenverzahnung 40 trägt. Die Stirnflächenverzahnung 40 kann mit einer fluchtenden Stirnflächenverzahnung 42 zu­ sammenarbeiten, die auf der unteren Stirnfläche eines be­ wegbaren Kupplungsteiles 44 vorgesehen ist. Das Kupplungs­ teil 44 ist hülsenförmig und über Lager 46, 48 auf der Außenfläche der Spindelmutter 34 gelagert. Die Lager 46, 48 sind Radiallager, die eine axiale Bewegung des Kupplungs­ teiles 44 über eine vorgegebene Strecke hinweg ermöglichen. In der Praxis können hierfür Gleitlager oder federnd auf­ gehängte Kugellager verwendet werden.

An die Außenfläche des Kupplungsteiles 44 ist ein Anker­ flansch 50 angeformt, der über einer Magnetspule 52 liegt. Letztere ist auf die Bodenwand des Kupplungsgehäuses 16 fest aufgesetzt, so daß bei Beaufschlagung der Magnetspule 52 mit Strom der Ankerflansch 50 in Fig. 1 nach unten ge­ zogen wird, wodurch die Stirnflächenverzahnungen 40 und 42 in Eingriff gebracht werden, so daß dann das Kupplungs­ teil 44 drehschlüssig mit der Spindelmutter 34 verblockt ist.

An seiner oberen Stirnfläche trägt das hülsenförmige Kupp­ lungsteil 44 eine weitere Stirnflächenverzahnung 54, die mit einer fluchtenden Stirnflächenverzahnung 56 zusammen­ arbeiten kann, die auf der Unterseite eines weiteren Kupp­ lungsteiles 58 ausgebildet ist.

Das Kupplungsteil 58 hat einen hülsenförmigen Nabenab­ schnitt 60, an welchen ein unterer, die Stirnflächenver­ zahnung 56 tragender Endflansch 62 angeformt ist und auf dessen oberes Ende ein oberer Endflansch 64 aufgeschraubt ist. Die beiden Endflansche 62 und 64 sind über Lager 66, 68 an einem im wesentlichen becherförmigen Halteteil 70 gelagert, welches seinerseits in das obere Ende des Kupp­ lungsgehäuses 16 eingeschraubt ist.

Die Lager 66, 68 sind wiederum Radiallager, welche ein Be­ wegen des Kupplungsteiles 58 in axialer Richtung um eine vorgegebene Strecke zulassen.

Die transversale Wand des Halteteiles 70 trägt eine zweite Magnetspule 72, welche bei Beaufschlagung mit Strom den oberen Endflansch 64 in Fig. 1 nach unten zieht, so daß die Stirnflächenverzahnungen 54 und 56 in Eingriff kommen.

Am oberen Ende ist der Nabenabschnitt 60 des Kupplungstei­ les 58 mit einer axialen Nut 74 versehen, in welche ein Keil 76 im Gleitspiel eingreift. Letzterer ist fest in die Ausgangswelle 78 eines selbsthemmenden elektrischen Getrie­ bemotors 80 eingesetzt, der auf dem Deckel 18 festgeschraubt ist.

Die Spindel 28 trägt in ihrem mittleren Abschnitt einen Federteller 82, an welchem die unteren Enden radial inein­ andergeschachtelter Schraubenfedern 84, 86 angreifen. Deren obere Enden sind an der Unterseite des Kupplungsgehäuses 16 abgestützt. Am Federteller 82 ist ein radialer Führungs­ finger 88 befestigt, der im Gleitspiel in einem axialen Fenster 90 läuft, das in der Umfangswand der Federkammer 14 vorgesehen ist.

Im rechten Teil von Fig. 2 sind die obenstehend unter Fig. 1 beschriebenen Teile des auf das Verschlußteil 26 ar­ beitenden Antriebes nochmals schematisch wiedergegeben. Der linke Teil von Fig. 2 zeigt schematisch eine Schal­ tung zur Erregung der Magnetspulen 52 und 72 sowie des Ge­ triebemotors 80.

Die Magnetspulen 52 und 72 werden über Leistungsverstärker 92 bzw. 94 sowie Inverter 96 bzw. 98 durch das Ausgangssig­ nal von ODER-Gliedern 100, 102 angesteuert. Die Eingänge der letzteren sind mit Ausgängen dreier Signalverarbeitungs­ kanäle 104, 106, 108 verbunden, die jeweils einen oder meh­ rere auf Betriebsparameter des Kraftwerkes ansprechende Fühler sowie einen nachgeschalteten Signalauswertekanal aufweisen. Die Signalverarbeitunskanäle 104, 106, 108 ar­ beiten jeweils so, daß sie am Ausgang ein Signal bereit­ stellen, wenn ein Betriebsparameter des Kraftwerkes derart aus dem zulässigen Sollwertfenster herausfällt, daß ein Schnellschluß der Sicherheitsarmatur erforderlich ist.

Liegt ein derartiger Störfall nicht vor, so sind die Mag­ netspulen 52 und 72 somit mit Strom beaufschlagt und hal­ ten die in Fig. 2 insgesamt mit 110 und 112 bezeichneten Magnetkupplungen geschlossen, welche durch die Stirnflä­ chenverzahnungen 54, 56, das Kupplungsteil 58 und die Mag­ netspule 72 bzw. die Stirnflächenverzahnungen 40, 42, das Kupplungsteil 44 und die Magnetspule 52 gebildet sind. Unter diesen Bedingungen ist somit der Getriebemotor 80 drehschlüssig mit der Spindelmutter 34 verbunden. Bei ent­ sprechender Erregung dreht er die Spindelmutter 34 im Sinne eines Öffnens des Verschlußteiles 26, wie in Fig. 2 durch entsprechende Pfeile angedeutet. Bei dieser Öffnungsbewe­ gung wird der in Drehrichtung festgelegte Federteller 82 angehoben, wodurch die Schraubenfedern 84, 86, die in der Praxis auch beim in Fig. 1 gezeigten Schließzustand der Sicherheitsarmatur noch gespannt sind, zusätzlich gespannt wird.

Da der Getriebemotor 80 selbsthemmend ist, wird die wie soeben beschrieben eingestellte Bereitschaftsstellung der Sicherheitsarmatur auch dann weiter aufrechterhalten, wenn die Erregung des Getriebemotors 80 beendet wird. Es ver­ steht sich, daß zum gleichen Zwecke auch ein nicht selbst­ hemmender Antriebsmotor in Verbindung mit einer Servobrem­ se verwendet werden kann.

Tritt ein Störfall ein, so werden bei richtigem Arbeiten der Magnetkupplungen 110, 112 und der ihnen zugeordneten Elektronik beide Kupplungen ausgerückt, so daß die Spin­ delmutter 34 nicht mehr in Drehrichtung festgebremst ist. Unter der Vorspannung der Schraubenfedern 84, 86 wird das Verschlußteil 26 nun rasch auf den Ventilsitz 24 zu bewegt, wobei die Spindelmutter 34 in rasche Drehung versetzt wird.

Der soeben geschilderte Schnellschluß kann auch dann noch erfolgen, wenn eine der Magnetkupplungen 110, 112 aufgrund eines mechanischen Fehlers oder eines Fehlers in der zuge­ ordneten Elektronik ausfällt.

Die in Fig. 2 dargestellte Antriebseinrichtung ist noch mit einem zusätzlichen Sicherheitsmerkmal ausgestattet, welches ein rasches Schließen des Verschlußteiles 26 auch dann sicherstellt, wenn einmal beide Magnetkupplungen 110 und 112 nicht ansprechen sollten. In diesem Falle würde dann trotz Vorliegen eines Störfalles der Kraftübertra­ gungsweg zwischen der Spindel 28 und dem Getriebemotor 80 geschlossen sein. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist der Ge­ triebemotor 80 ein drehrichtungsumkehrbarer Antrieb, der als eigentliche Antriebsquelle einen Drehstrommotor auf­ weist. Dieser wird in Schließrichtung des Verschlußteiles 26 über einen Leistungsverstärker 114 von einem ersten Fre­ quenzgenerator 116 her erregt. In Öffnungsrichtung erfolgt die Erregung des Getriebemotors 80 mit einer höheren Fre­ quenz, die von einem zweiten Frequenzgenerator 118 bereit­ gestellt wird, der auf einen zweiten Leistungsverstärker 120 arbeitet.

Die Aktivierung des zweiten Frequenzgenerators 118 erfolgt durch das Ausgangssignal eines weiteren ODER-Gliedes 122, das eingangsseitig ebenfalls mit den drei Signalverarbei­ tungskanälen 104, 106, 108 verbunden ist. Das Ausgangssig­ nal des ODER-Gliedes 122 wird über einen Inverter 124 zu­ gleich zum Durchschalten eines UND-Gliedes 126 verwendet, dessen zweiter Eingang mit einem handbetätigten Schalter 128 verbunden ist, der zur manuellen Steuerung des Wieder­ öffnens der Sicherheitsarmatur nach einem Störfalle dient.

Das Ausgangssignal des UND-Gliedes 126 wird auf die Steuer­ klemme des ersten Frequenzgenerators 116 gegeben, und auf diese Weise ist zwangsläufig gewährleistet, daß ein Wieder­ öffnen der Sicherheitsarmatur bei Störfallbedingungen nicht möglich ist. Die Erregung des Getriebemotors 80 in Schließ­ richtung der Sicherheitsarmatur kann offensichtlich in jedem Störfalle rein vorsorglich erfolgen; bei ordnungsgemäß arbeitenden Schaltkupplungen 110, 112 dreht dann eben die Ausgangswelle 78 leer.

In Abwandlung des in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispie­ les kann man natürlich die ODER-Glieder 100, 102 und 122 nur durch einen einzigen Signalverarbeitungskanal oder eine beliebige andere Anzahl von Signalverarbeitungskanälen an­ steuern. Auch kann man anstelle von zwei in Reihe geschal­ teten Magnetkupplungen 110, 112 auch drei oder mehr hin­ tereinander angeordnete Schaltkupplungen verwenden.

Fig. 3 zeigt eine Modifizierung des in Fig. 2 gezeigten Antriebes, welche ein zu rasches Bewegen der Spindel 28 aus der Bereitschaftsstellung in die Arbeitsstellung ver­ hindert. Zwischen die letzte Magnetkupplung 112 und die Spindelmutter 34 ist eine zentrifugalkraftbetätigte Bremse 130 eingefügt. Diese umfaßt einen um 90° gekippt darge­ stellten Bremsbackenträger 132, der zusammen mit der Spin­ delmutter 34 umläuft. Auf ihm sind zwei Bremsbacken 134, 136 um Achsen 138, 140 drehbar gelagert, die vom Schwer­ punkt der Bremsbacken 134, 136 abliegen und parallel zur Drehachse verlaufen. Durch Federn 142, 144 sind die Brems­ backen 134, 136 in eine eingefahrene Stellung vorgespannt, in welcher sie nicht mit einer Bremstrommel 146 in Berüh­ rung stehen. Wie in Fig. 3 durch Schraffur angedeutet, ist die Bremstrommel 146 am Kupplungsgehäuse 16 festgelegt.

Bei dem in Fig. 3 gezeigten Antrieb kommen die Bremsbacken 134, 136 dann in Anlage an die Bremstrommel 146, wenn die Drehzahl der Spindelmutter 34 einen vorgegebenen Wert über­ schreitet. Der Anpreßdruck der Bremsbacken 134, 136 an die Bremstrommel 146 wächst mit der Drehzahl der Spindelmutter 34, und auf diese Weise erfolgt eine geschwindigkeitsab­ hängige Abbremsung der Spindel 28 auf dem Weg von ihrer Bereitschaftsstellung in die Arbeitsstellung.

Bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 4 und 5 sind Armaturenteile, die unter Bezugnahme auf Fig. 1 schon be­ schriebenen Armaturenteilen funktionsmäßig entsprechen, wieder mit denselben Bezugszeichen versehen und werden nicht noch einmal detailliert beschrieben. Die Ausführungs­ beispiele nach den Fig. 4 und 5 unterscheiden sich vom Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 in erster Linie durch die Anordnung der zum Vorspannen des Verschlußteiles 26 dienen­ den Schraubenfedern.

Bei der in Fig. 4 wiedergegebenen Sicherheitsarmatur hat der Federteller 82 mehrere einander paarweise gegenüber­ liegende Führungsfinger 88, die einen äußeren Tellerab­ schnitt 148 tragen. An diesem greifen die unteren Enden der nunmehr das Kupplungsgehäuse 16 koaxial umgebenden Schraubenfedern 84, 86 an. Die oberen Enden der Schrauben­ federn 84, 86 sind an einem seitlich über das Kupplungsge­ häuse 16 überstehenden Randabschnitt des Deckels 18 abge­ stützt. Von der Funktion her entspricht das Ausführungs­ beispiel nach Fig. 4 dem nach Fig. 1; es baut jedoch axial kürzer bei zugleich vergrößerten Schraubenfedern 84, 86.

Auch beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 sind die Schrau­ benfedern 84, 86 um das Kupplungsgehäuse 16 herum angeord­ net. Die Sicherheitsarmatur nach Fig. 5 ist jedoch ein Schnellöffnungsventil, und hierzu sind die unteren Enden der Schraubenfedern 84, 86 auf einen Stützflansch 150 des Ventilgehäuses aufgesetzt, während die oberen Federenden an einem oberen Federteller 152 angreifen. Dieser ist mit dem oberen Ende der nun verlängerten Spindel 28 verbunden, welche durch die nun als Hohlwelle ausgebildete Ausgangs­ welle 78 des Getriebemotors 80 hindurchgeführt ist.

Bei dem in Fig. 6 gezeigten praktischen Ausführungsbei­ spiel ist die gesamte Kupplungsanordnung zum freien Ende des Antriebes hin verlegt, der Getriebemotor ist in die Nachbarschaft der Spindelmutter 34 gerückt. Außerdem zeigt Fig. 6 einige praktische Ausführungsdetails, die in den Prinzipdarstellungen der vorstehend erläuterten Figuren weggelassen sind. So erkennt man z.B. Tellerfederstapel 154 und 156, die dazu dienen, den stationären Teil des Radial/Axiallagers 36 axial geringfügig federnd am Antriebs­ gehäuse abzustützen.

Beim Antrieb nach Fig. 6 trägt die obere Stirnfläche der Spindelmutter 34 eine Stirnflächenverzahnung 158, die keine Kupplungsaufgaben erfüllt und nur dazu dient, die Drehmo­ mentübertragung von und zu einer hohlen Übertragungswelle 160 zu gewährleisten. Letztere ist über Lager 162, 164 bei ihren beiden Enden am Antriebsgehäuse gelagert. Das in Fig. 1 obenliegende Ende ist über eine Feder 166 mit einem Kupplungsteil 168 drehschlüssig verbunden, welches auf sei­ ner Unterseite eine Stirnflächenverzahnung 170 trägt, die funktionsmäßig der Stirnflächenverzahnung 40 von Fig. 1 entspricht. Die gegenüberliegende Stirnflächenverzahnung 172, die funktionsmäßig der Stirnflächenverzahnung 42 von Fig. 1 entspricht, ist auf einem Kupplungsteil 174 ange­ ordnet, das drehbar und axial bewegbar ist. Das Kupplungs­ teil 174 sitzt über eine insgesamt mit 176 bezeichnete Keilnutverbindung axial verschiebbar auf dem oberen Flansch 178 eines Überbrückungsteiles 180, das insgesamt ähnlich wie eine Fadenspule ausgebildet ist und über Lager 182, 184 drehbar auf der Übertragungswelle 160 sitzt. Über eine weitere Keilnutverbindung 186 ist das an fester axialer Stelle gelagerte Übertragungsteil 180 drehschlüssig mit einem weiteren axial beweglichen Kupplungsteil 188 verbun­ den, welches auf seiner Unterseite eine Stirnflächenver­ zahnung 190 trägt, die funktionsmäßig der Stirnflächenver­ zahnung 54 von Fig. 1 entspricht. Die hiermit zusammenar­ beitende Stirnflächenverzahnung 192, die der Stirnflächen­ verzahnung 56 von Fig. 1 entspricht, ist von einem Kupp­ lungsteil 194 getragen, welches axial feststeht, drehbar auf der Übertragungswelle 160 sitzt und über eine Feder 196 mit einer hohlen Antriebswelle verbunden ist, die die Übertragungswelle 160 koaxial umgibt und über Lager 200, 202 am Antriebsgehäuse gelagert ist. Bei ihrer Mitte trägt die hohle Antriebswelle 198 einen Zahnkranz 204, der mit einem Schneckenrad 206 kämmt, welches auf der Ausgangswelle 208 eines im übrigen nicht näher gezeigten elektrischen Getriebemotors sitzt.

Magnetspulen 210, 212, die den Magnetspulen 52 und 72 von Fig. 1 funktionsmäßig entsprechen, sind in den festste­ henden Kupplungsteilen 168 und 194 untergebracht.

Die Erregung der Magnetspulen 210 und 212 sowie des auf das Schneckenrad 206 arbeitenden Getriebemotors kann analog erfolgen, wie in Fig. 2 dargestellt. Auch entspricht die Arbeitsweise des in Fig. 6 gezeigten Antriebes funktions­ mäßig der des Antriebes nach Fig. 1, nur ist die gesamte Kupplungsanordnung beim äußeren Ende des Antriebes vorge­ sehen, was die Wartung und Reparatur der Kupplungen er­ leichtert und den Getriebemotor näher an das Ventilgehäuse rückt. Außerdem haben die beiden beweglichen Kupplungsteile 174 und 188 den gleichen Arbeitshub, da sich der Gesamt­ schaltweg der beiden Kupplungsteile nicht addiert, nachdem die beiden Keilnutverbindungen 176 und 186 am Überbrüc­ kungsteil 180 vorgesehen sind.

Dadurch, daß die Kupplungsanordnung beim Ende des Antrie­ bes liegt, kann auch besonders einfach eine manuell zu be­ tätigende Kupplungsüberbrückung vorgesehen werden, um in besonderen Ausnahmefällen, z.B. Defekt einer der Magnet­ kupplungen, den Getriebemotor direkt auf die Spindelmutter 34 arbeiten zu lassen. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 sind hierzu in der Übertragungswelle 160 und im Kupp­ lungsteil 194 Durchgangsbohrungen 214, 216 vorgesehen, die in eine fluchtende Lage bewegbar sind, so daß ein Stift 218 hindurchgesteckt werden kann, um die Antriebswelle 198 mit der Übertragungswelle 160 zu verblocken.

In Abwandlung dieser Kopplungsmöglichkeit kann man auch auf den Außenseiten der Kupplungsteile 168 und 194 jeweils einen Zahnkranz vorsehen und über diese Kupplungsteile zum Verblocken eine Hülse schieben, die mit einer passenden durchgehenden Innenflächenverzahnung versehen ist.

Bei den oben beschriebenen Ausgangsbeispielen waren die verschiedenen Magnetkupplungen axial hintereinanderliegend angeordnet. Fig. 7 zeigt ein abgewandeltes Ausführungs­ beipiel, bei dem drei mechanisch in Reihe geschaltete Mag­ netkupplungen aus radial ineinandergeschachtelten Teilen bestehen.

Die Spindelmutter 34 ist über ein erstes Axial/Radiallager 220 von einem innenliegenden Kupplungsring 222 getragen, der seinerseits in ähnlicher Weise über ein Axial/Radial­ lager 224 von einem mittleren Kupplungsring 226 getragen ist.

Der mittlere Kupplungsring 226 ist seinerseits über ein Axial/Radiallager 228 von einem äußeren Kupplungsring 230 getragen, der dann über ein letztes Axial/Radiallager 232 am Kupplungsgehäuse 16 angebracht ist. Das Kupplungsgehäuse ist seinerseits wieder in nicht näher gezeigter Weise am Gesamtgehäuse des Antriebes festgelegt.

Auf einer unteren Ringschulter der Spindelmutter 34 ist eine Stirnflächenverzahnung 234 vorgesehen, weitere Stirn­ flächenverzahnungen 236, 238, 240 befinden sich auf den unteren Stirnflächen der Kupplungsringe 222, 226 und 230.

Die oberen Stirnflächen des inneren Kupplungsringes 222 und des mittleren Kupplungsringes 226 sind mit Stirnflä­ chenverzahnungen 242 und 244 versehen. Der außenliegende Kupplungsring 230 hat an seinem oberen Ende einen radial nach außen abgewinkelten Flansch 246 mit einem Außenzahn­ kranz 248, an welchem das Abtriebsritzel eines nicht näher gezeigten Getriebemotors angreifen kann. Hierzu ist der Deckel 18 des Kupplungsgehäuses mit einem entsprechenden Fenster 250 ausgebildet.

Die Spindelmutter 34 hat verminderten Durchmesser aufwei­ sende Endabschnitte 252, 254, auf welchen über Radiallager 256, 258 eine erste bzw. zweite ringförmige Kupplungsplatte 256, 258 gelagert ist. Die untere Kupplungsplatte 256 trägt eine Stirnflächenverzahnung 260, welche die Stirnflächen­ verzahnungen 234 und 236 in radialer Richtung überdeckt und mit diesen in Eingriff gebracht werden kann. Ähnlich hat die obere Kupplungsplatte 258 eine Stirnflächenver­ zahnung 262, welche mit den obenliegenden Stirnflächen­ verzahnungen 242 und 244 zusammenarbeiten kann. Zum wahl­ weisen Verblocken des mittleren Kupplungsringes 226 mit dem äußeren Kupplungsring 230 ist eine außenliegende unte­ re ringförmige Kupplungsplatte 264 vorgesehen, die über ein Radiallager 270 vom Kupplungsgehäuse 16 her getragen ist. Die Kupplungsplatte 268 hat auf ihrer Oberseite eine Stirnflächenverzahnung 272, die mit den Stirnflächenver­ zahnungen 242 und 244 des mittleren Kupplungsringes 226 bzw. des äußeren Kupplungsringes 230 zusammenarbeiten kann.

Die oben angesprochenen Radiallager 256, 258 und 270 sind sämtlich Radiallager, welche eine begrenzte Axialbewegung zulassen, z.B. axial federabgestützte Kugellager. Die Kupp­ lungsplatten 260, 262 und 268 tragen auf ihrer Außenseite jeweils einen ringförmigen Permanentmagneten 274, 276, 278, und hinter diesen Permanentmagneten sind ringförmige Mag­ netspulen 280, 282 und 284 angeordnet. Dabei ist die Polung der Magnetspulen und der Permanentmagneten so gewählt, daß die Permanentmagneten bei Beaufschlagung der Magnetspulen mit Strom von den letzteren abgestoßen werden, so daß die zusammenarbeitenden Stirnflächenverzahnungen in Eingriff kommen. Unter derartigen Bedingungen besteht dann eine Kraftübertragung vom getriebenen Außenzahnkranz 248 zur Spindelmutter 34. Durch Erregen des auf den Außenzahnkranz 248 arbeitenden selbsthemmenden Getriebemotors kann man dann die Spindel 28 in die Bereitschaftsstellung bewegen, wobei eine Vorspannfederanordnung gespannt wird, die analog angebracht sein kann wie in Fig. 1 gezeigt.

Wird mindestens eine der Schaltkupplungen, die durch zu­ sammenarbeitende Stirnflächenverzahnungen auf den Kupp­ lungsringen und Kupplungsplatten gebildet ist, ausgerückt, indem die Erregung der zugeordneten Magnetspule beendet wird, so ist der Kraftschluß von der Spindelmutter zum selbsthemmenden Getriebemotor hin unterbrochen, und die Spindelmutter 34 kann sich nun wieder unter der Kraft der Vorspannfederanordnung frei drehen, so daß entsprechend die Spindel 28 aus der Bereitschaftsstellung in die Ruhe­ stellung bewegt wird.

Wie direkt aus Fig. 7 ersichtlich, erhält man durch das radiale räumliche Ineinanderschachteln logisch in Reihe geschalteter Schaltkupplungen insgesamt einen sehr kompak­ ten Aufbau der Mehrfachkupplung. Auch bei einem Antrieb mit einer Mehrfachkupplung, wie sie in Fig. 7 gezeigt ist, kann man als zusätzliche und unabhängige Sicherheitsmaß­ nahme vorsehen, den selbsthemmenden Getriebemotor bei Vor­ liegen von Störfallbedingungen mit erhöhter Drehzahl in solcher Richtung laufenzulassen, in welcher bei fehlerhaft geschlossener Kraftübertragung zwischen dem äußeren Kupp­ lungsring 230 und der Spindelmutter 34 letztere in der Richtung angetrieben wird, in welcher die Spindel 28 zwangs­ läufig in Richtung von der Bereitschaftsstellung zur Ar­ beitsstellung bewegt wird, wobei dann der Getriebemotor und die Vorspannfederanordnung gleichsinnig wirken. In einem solchen Ausnahmefalle braucht dann der Getriebemotor keine hohe Leistung bereitzustellen; er muß nur die Selbst­ hemmung überwinden.

Claims (14)

1. Antrieb, insbesondere zur Betätigung von Armaturen mit zwischen einer Bereitschaftsstellung und einer Arbeits­ stellung verlagerbaren Abtriebsteil, welches insbesondere auf das Verschlußteil eines Schnellschaltventiles arbeitet, um letzteres zwischen einer Bereitschaftsstellung und einer Arbeitsstellung zu verlagern, mit einer auf das Abtriebs­ teil arbeitenden Vorspannfederanordnung und mit einer Spanneinrichtung zum Bewegen des Abtriebsteiles in die Be­ reitschaftsstellung unter Spannen der Vorspannfederanord­ nung, welche einen selbsthemmenden Spannmotor und eine in der Kraftübertragungsstrecke zwischen Spannmotor und Ab­ triebsteil angeordnete Schaltkupplung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kraftübertragungsstrecke zwi­ schen Spannmotor (80) und Abtriebsteil (28) mechanisch in Reihe zu der Schaltkupplung (110) mindestens eine weitere Schaltkupplung (112) angeordnet ist.

2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Schaltkupplungen (110, 112) axial hinter­ einander liegen und jeweils ein axial verfahrbares Kupp­ lungsteil (44, 58) aufweisen, welches über eine Stirnflä­ chenverzahnung (40, 42; 54, 56) mit einem zweiten Kupplungs­ teil (38; 44) zusammenarbeitet.

3. Antrieb nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein axial feststehendes Übertragungsteil (180), mit welchem ver­ fahrbare Kupplungsteile (174, 188) der beiden Schaltkupp­ lungen (110, 112) drehfest, jedoch in axialer Richtung ver­ fahrbar, verbunden sind.

4. Antrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden verfahrbaren Kupplungsteile (44, 58) direkt über eine Stirnflächenverzahnung (54, 56) zusammenarbeiten können und der Arbeitshub einer der Schaltkupplungen min­ destens gleich der Summe der Einrückwege beider Stirnflä­ chenverzahnungen (40, 42; 54, 56) ist.

5. Antrieb nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das getriebene Kupplungsteil (168) der ersten Schaltkupplung (110) mit einer Hohlwelle (198) verbunden ist, auf welche der Spannmotor arbeitet, und daß das treibende Kupplungsteil (168) der zweiten Schaltkupp­ lung (112) mit einer Welle (160) verbunden ist, welche sich durch die Hohlwelle (198) zurück und über deren motorsei­ tiges Ende hinaus erstreckt.

6. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens zwei Schaltkupplungen radial ineinander­ geschachtelte Kupplungsringe (222, 226, 230) aufweisen, die über Axial/Radiallager (220, 224, 228, 232) einander tragen und am Gehäuse (16) des Antriebs aufgehängt sind, und daß die Kupplungsringe (222, 226, 230) und jeweils mit zweien der Kupplungsringe zusammenarbeitende koaxiale ring­ förmige, drehbar und axial verlagerbar gelagerte Kupplungs­ platten (260, 262, 268) mit fluchtenden Stirnflächenver­ zahnungen (236 bis 242, 264, 266, 272) versehen sind.

7. Antrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsplatten (260, 262, 268) abwechselnd zu den beiden Enden der Kupplungsringanordnung (222, 226, 230) angeordnet sind.

8. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Vorspannfederanordnung mindestens eine Schraubenfeder (84, 86) aufweist, welche die Schalt­ kupplungen (110, 112) koaxial umgibt.

9. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Spannmotor schnell in derjenigen Richtung erregbar ist, in welcher das Abtriebsteil (28) bei geschlossenem Kraftübertragungsweg durch die Schalt­ kupplungen (110, 112) aus der Bereitschaftsstellung in die Arbeitsstellung gebracht wird.

10. Antrieb nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannmotor einen Drehstrommotor aufweist, der bei Erregung zum Bewegen des Abtriebsteiles aus der Bereit­ schaftsstellung in die Arbeitsstellung mit höheren Frequenz beaufschlagt wird als bei Erregung zum Bewegen des Abtriebs­ teiles von der Arbeitsstellung in die Bereitschaftsstellung.

11. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeich­ net durch Mittel (214 bis 218) zum zwangsweisen Ver­ blocken sämtlicher der Schaltkupplungen (110, 112).

12. Antrieb nach Anspruch 11 in Verbindung mit Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verblockungsmittel eine Zahnhülse umfassen, welche über außenliegende Zahn­ kränze der beiden endständigen Kupplungsteile der verschie­ denen Schaltkupplungen aufschiebbar ist.

13. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Vorspannfederanordnung eine Mehr­ zahl parallel geschalteter Federn (84, 86) aufweist, von denen jede für sich genommen oder von denen eine Unter­ gruppe für sich genommen ausreicht, um unter Arbeitsbe­ dingungen das Abtriebsteil (28) aus der Bereitschaftsstel­ lung in die Arbeitsstellung zu bewegen.

14. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Abtriebsteil (28) oder ein mit ihm verbundenes Zugmittel durch die als Hohlteile ausge­ bildeten Kupplungsteile und ggf. durch die ebenfalls hohl ausgebildete Welle (78) des Spannmotors (80) hindurchge­ führt ist.