DE3820838A1 - Einrichtung zum messen des drehmomentes einer durch einen stellantrieb bewegbaren armatur - Google Patents
Einrichtung zum messen des drehmomentes einer durch einen stellantrieb bewegbaren armaturInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Messen des
Drehmomentes einer durch einen Stellantrieb bewegbaren
Armatur unter Verwendung wenigstens eines Dehnungsmeß
streifens.
Zur Messung von Drehmomenten an Armaturen werden bisher
Meßeinrichtungen verwendet, welche die zu übertragende
Kraft mit Hilfe von Wägezellen messen, die mit Dehnungs
meßstreifen bestückt sind. Der konstruktive Aufbau und
die daraus resultierende Baugröße ist nicht geeignet,
diese Meßeinrichtung zwischen Armatur und Stellantrieb
bzw. Elektromotor des Stellantriebes permanent zu belas
sen, so daß diese Meßeinrichtungen nur zu periodischen
Messungen einsetzbar sind.
Ferner ist eine drehmomentabhängige Abschaltung zum
Schutz der Armatur vor Überlast bekannt. Dabei ist die
Schneckenwelle des Stellantriebes als Verschiebeschnecke
ausgebildet, die über vorgespannte Tellerfedern mittig
zum Schneckenrad gehalten ist. Tritt an der Antriebswel
le ein Lastmoment auf, das größer ist als das durch die
Vorspannung der Tellerfedern eingestellte Moment, drückt
die Umfangskraft am Schneckenrad die Schneckenwelle aus
ihrer Mittellage und betätigt über ein Hebelsystem den
dazugehörigen Drehmomenttaster, der den Motor elektrisch
abschaltet. Eine solche mechanische Steuereinheit ist
aufwendig und wegen der Vielzahl mechanischer Übertra
gungselemente störanfällig.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine Einrichtung
der eingangs genannten Art anzugeben, die permanent ein
gebaut ist und eine kontinuierliche Drehmomentmessung
erlaubt.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß
das Gehäuse des Stellantriebes und das Gehäuse der Arm
atur über eine Flanschbuchse miteinander verbunden sind,
daß die Flanschbuchse den Dehnungsmeßstreifen trägt und
einen Freiraum zum Durchtritt der Armaturenspindel auf
weist.
Während der Kraftfluß vom Stellantrieb zu einer die Ar
maturenspindel verstellenden Gewindebüchse gelangt, wird
die zwischen Stellantrieb und Armatur stationär angeord
nete Flanschbuchse einem Torsionsmoment ausgesetzt, das
über einen Dehnungsmeßstreifen gemessen wird. Durch die
kontinuierliche Messung des Drehmomentes können mechani
sche Veränderungen in der Baueinheit Stellantrieb/Arm
atur durch den Vergleich von sich ändernden
Drehmomentkurven bei gleichen Betriebszuständen frühzei
tig erkannt werden. Eine vorbeugende Instandhaltung ist
dadurch möglich, bevor der unvorhergesehene Ausfall gro
ße Schäden an einer technischen Anlage hervorrufen kann.
Die Drehmomentmeßwerte werden unmittelbar zur Ansteue
rung des Elektromotores des Stellantriebes verwendet, so
daß ein aufwendiger mechanischer Drehmomentbegrenzer
nicht erforderlich ist. Die Einrichtung läßt sich ferner
zum Steuern von Verfahrensabläufen bei veränderlichen
Betriebsparametern einsetzen. So kann beispielsweise bei
einer Durchflußregelarmatur ein sich änderndes Drehmo
ment auf eine Viskositäts- oder Durchflußänderung hin
weisen.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist in einem Ring
raum zwischen der Flanschbuchse und der Armaturenspindel
ein Adapter zur Übertragung der Antriebskraft zwischen
Stellantrieb und Armatur angeordnet.
Die Flanschbuchse wird zwischen ihren Flanschen durch
eine Freidrehung soweit geschwächt, daß ein Torsionsmo
ment durch einen dort angeordneten Dehnungsmeßstreifen
erkennbar ist.
Zwischen den Flanschen der Flanschbuchse ist ferner eine
den Dehnungsmeßstreifen überdeckende Schutzhülse ange
ordnet, die gleichzeitig ein Gehäuse zur Aufnahme eines
Meßverstärkers trägt.
Nach einer anderen Lösung der Aufgabe ist vorgesehen,
daß ein Bauteil des Stellantriebes oder der Armatur in
seinem Querschnitt geschwächt ist und in diesem ge
schwächten Bereich wenigstens einen Dehnungsmeßstreifen
trägt.
Durch die Verwendung eines Bauteiles des Stellantriebes
oder der Armatur als Torsionselement werden die äußeren
Baumaße der Baueinheit Armatur/Stellantrieb nicht verän
dert, so daß ein Schwerpunktverschiebung wie bei der
Lösung "Flanschbuchse" nicht eintritt.
Die Signale des Dehnungsmeßstreifens werden dabei vor
zugsweise induktiv durch dem Dehnungsmeßstreifen zuge
ordnete Spulen übertragen.
Ein mit dem Bauteil verbundene Spulenrotor übergreift
den Dehnungsmeßstreifen und dient vorzugsweise als
Schutzhülle.
Anhand von Ausführungsbeispielen und den Fig. 1 bis 3
werden die erfindungsgemäßen Einrichtungen beschrieben.
Dabei zeigt die
Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Teilbereich von
Stellantrieb und Armatur mit der dieselben
verbindenden Flanschbuchse,
Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II der Fi
gur 1 und
Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen Teilbereich der
Baueinheit Stellantrieb/Armatur mit einer als
Torsionselement ausgebildeten Zentralantriebs
säule des Stellantriebes.
Die Fig. 1 zeigt eine Flanschbuchse 1, die mit einem
Gehäuse 2 eines nicht näher dargestellten Stellantriebes
3 und einem Gehäuse 4 einer ebenfalls nicht weiter dar
gestellten Armatur 5 zu einer stationären Baueinheit
verbunden ist. Dazu ist der untere Flansch 6 mit Ge
windebohrungen 7 zur Aufnahme von je einer das Gehäuse 4
und einen ihm zugeordneten Ring 8 durchsetzenden, mit
neun, angedeuteten, Schraube versehen. Der obere Flansch
10 weist Durchgangsbohrungen 11 zur Aufnahme von mit 12
angedeuteten Schrauben auf, die in nicht dargestellten
Gewindebohrungen des Gehäuses 2 eingreifen.
Zur Übertragung der Antriebskraft des Stellantriebes 3
greift dessen über ein Kugellager 13 am Gehäuse 2 abge
stützte Zentralantriebssäule 14 über eine Nut-/Federver
bindung 15 in einen hülsenförmigen Adapter 16 ein. Über
eine weitere Nut-/Federverbindung 17 zwischen dem Adap
ter 16 und einer Gewindehülse 18 der Armatur 5 wird die
durch Kugellager 19 abgestützte Gewindehülse 18 in Dre
hung versetzt, so daß die Spindel 20 der Armatur 5 ihre
Hubbewegung ausführt. Dabei durchsetzt die Spindel 20
den hülsenförmigen Adapter 16.
Die Flanschbuchse 1 ist zwischen ihren Flanschen 6, 10
mit einer Freidrehung 21 versehen, so daß an dieser
Stelle eine relativ dünne Wand 22 stehenbleibt. Diese
dünne Wand 22 trägt zwei diametral gegenüberliegende
Dehnungsmeßstreifen 23. Sie messen ein in Form eines
Torsionsmomentes auftretendes Drehmoment, das eine dem
Kraftfluß zwischen Zentralantriebssäule 14, Adapter 16
und Gewindehülse 18 gebildeten Reaktionskraft ent
spricht. Die Meßsignale der Dehnungsmeßstreifen werden
einem mit 24 angedeuteten Meßverstärker zugeleitet. Vom
Meßverstärker gelangt das Ausgangssignal zu einer nicht
dargestellten Auswertestation und/oder zu einer nicht
dargestellten Steuereinheit des Stellantriebs-Motor. In
der Auswertestation werden die Drehmomentkurven mit
Sollkurven bestimmter Betriebsabläufe der Baueinheit
Stellantrieb/Armatur verglichen. Abweichungen geben Auf
schluß über mechanische Veränderungen in der Baueinheit
und erlauben z. B. eine vorbeugende Instandhaltung. Die
der Steuereinheit des Elektromotors für den Stellantrieb
zufließenden Signale führen zum Abschalten des Motors
beim Überschreiten eines zulässigen Drehmomentes. Eine
Schutzhülse 25 übergreift die Freidrehung 21 und trägt
ein Gehäuse 26 des Meßverstärkers 24. Eine Dichtung 27
schützt die im Bereich der Freidehnung 21 angeordneten
Dehnungsmeßstreifen 23 vor Verschmutzung und/oder Be
schädigung.
Die Fig. 2 zeigt in einem Schnitt entlang der Linie
II-II der Fig. 1 die Position der Dehnungsmeßstreifen
23 und des Meßverstärkers 24. Die ein Scharnier 28 und
ein Verschlußelement 29 aufweisende Schutzhülse 25 um
faßt konzentrisch die Wand 22 und trägt das Gehäuse 26
des Meßverstärkers 24.
Ein anderes Ausführungsbeispiel zeigt die Fig. 3. Dort
sind das Gehäuse 2 des Stellantriebes 3 und das Gehäuse
5 über eine Verschraubung 30 unmittelbar miteinander
verbunden. Die Zentralantriebssäule 14 ist über eine
Nut-/Federverbindung 31 mit der Gewindehülse 18 kraft
schlüssig verbunden. Das Drehen der über Kugellager 19
abgestützten Gewindehülse 18 führt zur Hubbewegung der
Spindel 20 der Armatur 5. Ein mit der Zentralantrieb
ssäule 14 verbundenes Schneckenrad 32 wird von einer
nicht dargestellten Schneckenwelle angetrieben. Durch
eine Freidrehung 21 ist mit der Zentralantriebssäule 14
ein Bauteil des Stellantriebes 3 als Dehnungsbuchse aus
gebildet, die im Bereich der Freidrehung 2 diametral
gegenüberliegend angeordnete Dehnungsmeßstreifen 23
trägt. Ein der Zentralantriebssäule 14 zugeordneter Spu
lenrotor 33 und ein stationär mit dem Gehäuse 2 verbun
dener Spulenstator 34 dienen der induktiven Übertragung
der Meßsignale zu einem nicht dargestellten Meßverstär
ker. Der Spulenrotor 33 dient dabei gleichzeitig als
Schutzhülle für die Dehnungsmeßstreifen 23. Der Kraft
fluß und die Drehbewegung vom Stellantrieb wird direkt
in die Gewindebuchse geleitet. Der mit einer Schwächung
versehene Bereich der Zentralantriebssäule 14 wird einem
Torsionsmoment ausgesetzt. Dieses Torsionsmoment wird
über die Dehnungsmeßstreifen gemessen und induktiv an
den nicht dargestellten Meßverstärker weitergegeben. Die
weitere Signalverarbeitung erfolgt in der gleichen Weise
wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1.
Neben dem beschriebenen Ausführungsbeispiel mit der Zen
tralantriebssäule 14 als Träger der Dehnungsmeßstreifen
23 können insbesondere alternativ dazu folgende Bauteile
mit einer das Torsionsmoment leicht erkennenden Schwä
chung ausgerüstet sind:
Armaturengewindebuchse, Stege der Armaturenlaterne,
Adapter zur Übertragung der Antriebskräfte, sowie Ein
gangs- und Ausgangswellen, Buchsen, Flanschverbindungen
und sonstige Kupplungselemente, die als Übertragungsbau
teile zwischen Elektromotor bzw. Stellantrieb und Arm
atur Verwendung finden.
Bezugszeichenliste
1 Flanschbuchse
2, 3, 26 Gehäuse
3 Stellantrieb
5 Armatur
6, 10 Flansch
7 Gewindebohrung
8 Ring
9, 12 Schraube
11 Durchgangsbohrung
13, 19 Kugellager
14 Zentralantriebssäule
15, 17, 31 Nut-/Federverbindung
16 Adapter
18 Gewindehülse
20 Spindel
21 Freidrehung
22 Wand
23 Dehnungsmeßstreifen
24 Meßverstärker
25 Schutzhülse
27 Dichtung
28 Scharnier
29 Verschlußelement
30 Verschraubung
32 Schneckenrad
33 Spulenstator
34 Spulenrotor
2, 3, 26 Gehäuse
3 Stellantrieb
5 Armatur
6, 10 Flansch
7 Gewindebohrung
8 Ring
9, 12 Schraube
11 Durchgangsbohrung
13, 19 Kugellager
14 Zentralantriebssäule
15, 17, 31 Nut-/Federverbindung
16 Adapter
18 Gewindehülse
20 Spindel
21 Freidrehung
22 Wand
23 Dehnungsmeßstreifen
24 Meßverstärker
25 Schutzhülse
27 Dichtung
28 Scharnier
29 Verschlußelement
30 Verschraubung
32 Schneckenrad
33 Spulenstator
34 Spulenrotor
Claims (8)
1. Einrichtung zum Messen des Drehmomentes einer
durch einen Stellantrieb (1) bewegbaren Armatur (5)
unter Verwendung wenigstens eines Dehnungsmeßstreifens
(23), dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2) des
Stellantriebes (3) und das Gehäuse (4) der Armatur (5)
über eine Flanschbuchse (1) miteinander verbunden sind,
daß die Flanschbuchse den Dehnungsmeßstreifen (23) trägt
und einen Freiraum zum Durchtritt der Armaturenspindel
(20) aufweist.
2. Einrichtung zum Messen des Drehmomentes einer
durch einen Stellantrieb (1) bewegbaren Armatur (5) un
ter Verwendung wenigstens eines Dehnungsmeßstreifens
(23), dadurch gekennzeichnet, daß ein Bauteil des Stel
lantriebes (3) oder der Armatur (5) in seinem Quer
schnitt geschwächt ist und in diesem geschwächten Be
reich wenigstens einen Dehnungsmeßstreifen (23) trägt.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß in einem Ringraum zwischen der Flansch
buchse (1) und der Armaturenspindel (20) ein Adapter
(16) zur Übertragung der Antriebskräfte zwischen Stel
lantrieb und Armatur angeordnet ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Dehnungsmeßstreifen einer zwischen
den Flanschen (6, 10) der Flanschbuchse (1) vorgesehenen
Freidrehung (21) zugeordnet sind.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Freidrehung (21) von einer teilbaren
Schutzhülse (25) übergriffen ist und daß die Schutzhülse
ein Gehäuse (26) zur Aufnahme eines Meßverstärkers (24)
trägt.
6. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß dem Dehnungsmeßstreifen (23) Spulen zur
induktiven Übertragung der Meßsignale zugeordnet sind.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß ein mit dem Bauteil verbundener Spulenro
tor (33) den Dehnungsmeßstreifen (23) übergreift und als
Schutzhülle dient.
8. Verwendung einer Einrichtung nach Anspruch 1
oder 2 zum Steuern von Verfahrensabläufen technischer
Anlagen.
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JP (1) | JP2692959B2 (de) |
DE (4) | DE8816363U1 (de) |
ES (2) | ES2072682T3 (de) |
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