DE3843398A1

DE3843398A1 - Betaetigungsvorrichtung fuer ein motorbetriebenes ventil

Info

Publication number: DE3843398A1
Application number: DE3843398A
Authority: DE
Inventors: Rikuo Fukamachi
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-03-13
Filing date: 1988-12-23
Publication date: 1990-06-28
Also published as: US4669578A

Description

Die Erfindung betrifft eine Betätigungsvorrichtung zum wahlweisen Öffnen und Schließen eines motorbetriebenen Ventils, mit einer einen Ventilkörper tragenden Betäti gungswelle, die mittels eines in der Drehrichtung um kehrbaren Motors betätigt wird. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf einen verbesserten Mechanismus zum automatischen Öffnen und Schließen des Ventils, wenn es aufgrund von Stromausfällen usw. praktisch un möglich geworden ist, das Ventil direkt zu betätigen.

Es sind bereits motorbetriebene Ventile bekannt, die durch Verdrehung eines Ventilkörpers wahlweise mittels eines Antriebsmotors geöffnet oder geschlossen werden können. Diese Ventile werden normalerweise so betrie ben, daß die Drehwelle des Motors durch eine interne Bremse festgehalten wird, so daß diese und der darauf angeordnete Ventilkörper des Ventils durch das das Ventil durchfließende Fluid nicht verstellt werden können.

Bei einem solchen Ventil ist es unmöglich, dieses zu öffnen oder zu schließen, wenn bei einem Stromausfall oder anderen Störungen kein elektrischer Strom für den Motor bereitsteht. Der Ventilkörper des Ventils bleibt also in dem Zustand stehen, der beim Ausfall der Energie eingenommen wurde. Wenn eine solche Betätigung durch elektrische Energie nicht mehr möglich und der Ventilkörper z.B. in geöffnetem Zustand verbleibt, so besteht die Gefahr, daß z.B. ein Tank in unerwünschter Weise überläuft. Deshalb ist es bisher Praxis gewesen, daß eine Bedienungsperson beim Auftreten von Störungen das Ventil manuell schließen mußte, was jedoch aus Sicherheitsgründen unbefriedigend war, da es praktisch unmöglich ist, mehrere Ventile in einer kurzen Zeit spanne zu betätigen und somit einige Ventile nicht mehr geschlossen werden können.

Um die Nachteile solcher Ventile zu vermeiden, ist eine andere Anordnung vorgeschlagen worden, bei der das Ventil durch Umschalten mittels einer Magnetkupplung auf die gespeicherte Energie einer vorher manuell auf gezogenen Spiralfeder umgeschaltet wurde. Ein solches Ventil hat nicht nur den lästigen Nachteil, daß die Spiralfeder vorher manuell aufgezogen werden mußte, sondern es besteht auch die Gefahr, daß die Spiralfeder aus Versehen nicht aufgezogen wurde. Darüber hinaus ist eine teuere Magnetkupplung erforderlich, so daß sich sehr hohe Herstellkosten ergeben, so daß diese Konstruk tion sich bisher nicht durchsetzen konnte.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes motorbetriebenes Ventil vorzuschlagen, das in der Betriebsweise erheblich verbessert ist, keine manuellen Betätigungsvorgänge erfordert und gleichzeitig die Nachteile der bisher bekannten motor betriebenen Ventile dieser Art vermeidet. Es soll ins besondere ein motorbetriebenes Ventil vorgeschlagen werden, das automatisch aufgrund der gespeicherten Energie einer Spiralfeder bei Stromausfällen usw. öffnet oder schließt, ohne daß hierzu eine besondere Kupplung erforderlich ist.

Gemäß der Erfindung soll ein motorbetriebenes Ventil der angegebenen Art vorgeschlagen werden, bei dem ein Motor zum Antrieb des Ventilkörpers des Ventils gleich zeitig zum Aufziehen der Spiralfeder ausgenutzt wird, so daß das Öffnen und Schließen des Ventils und das Aufziehen der Spiralfeder durch einen einzigen Motor vorgenommen wird. Schließlich soll ein motorbetriebenes Ventil vorgeschlagen werden, bei dem unerwartete Fehl funktionen durch Öffnen oder Schließen des Ventils beim Aufziehen der Feder aufgrund der Funktion eines Elektro magneten vermieden werden, wenn zur gleichen Zeit ein Stromausfall od. dgl. erfolgt.

Die vorliegende Erfindung löst diese und weitere Auf gaben, während die spezielle Konstruktion nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert wird.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht auf das motorbetriebene Ventil gemäß einer Ausführungsform der Er findung von außen;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch den Antriebsteil für die Betätigungswelle des Ventilkörpers des Ventils nach Fig. 1;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht der Gesamt konstruktion des Antriebsteils nach Fig. 2; und

Fig. 4 einen Ausschnitt aus einem Teil des Antrie bes der Ausführungsform nach Fig. 1, der die Spiralfeder im Zusammenhang mit einer Magnet bremse zeigt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein motorbetrie benes Ventil in einer bevorzugten Ausführungsform so aufgebaut, daß ein wahlweises Öffnen oder Schließen des Ventils 1 durch Verdrehung einer Ausgangswelle 2 er folgt. Die Ausgangswelle 2 ist mit einer Betätigungs welle eines Ventilkörpers des Ventils 1 gekuppelt, und es erfolgt eine Rotation um 90° in Vorwärts- oder Rück wärtsrichtung. Diese Verdrehung erfolgt durch einen in der Drehrichtung umkehrbaren Motor 3. Ein erstes Zahn rad 4 ist um die Ausgangswelle 2 drehbar gelagert und wird durch den Motor 3 angetrieben. Es ist eine Platte 7 vorgesehen, die auf der Ausgangswelle befestigt ist. Auf der Platte 7 ist mittels eines Zapfens 6₁ ein zweites Zahnrad 6 gelagert und greift sowohl in Innen zähne 4 ₁ des ersten Zahnrades als auch in Außenzähne 5₁ eines dritten Zahnrades 5 ein, das um die Ausgangswelle 2 drehbar gelagert ist. Eine Spiralfeder 8 wird durch Rotation des zweiten Zahnrades 6 aufgezogen und eine Magnetbremse 9 bewirkt im erregten Zustand, daß eine Rotation der Spiralfeder 8 verhindert wird, während im entregten Zustand der Magnetbremse 9 eine Rotation und Entspannung der Spiralfeder 8 ermöglicht wird.

Die Spiralfeder 8 ist mit ihrem inneren Ende in einem Schlitz einer Drehwelle 8 ₂ befestigt, die ein Zahnrad 8 ₁ trägt. Das Zahnrad 8 ₁ kämmt mit dem dritten Zahnrad 5. Das äußere Ende der Spiralfeder 8 ist an einem Teil eines Gehäuses A befestigt, das wiederum mit einem Flanschteil des Ventils 1 verbunden ist und die gesamte Ventileinheit aufnimmt. Die Spiralfeder 8 wird durch Rotation des dritten Zahnrades 5 aufgezogen und kann in vielfacher Anzahl vorgesehen sein, je nachdem, wie groß die gespeicherte Energie sein muß.

Die Magnetbremse 9 enthält eine Drehwelle 9 ₁, eine mit dieser Drehwelle fest verbundene, dünne Platte 9 ₂, eine ringförmige Anzugsplatte 9 ₃, die an der dünnen Platte 9 ₂ befestigt ist, sowie einen Elektromagneten 9 ₄ zum Magnetisieren der Anzugsplatte 9 ₃. Bei Erregung des Elektromagneten 9 ₄ wird die Anzugsplatte 9 ₃ durch den Elektromagneten 9 ₄ magnetisch angezogen und verhindert eine Rotation der Drehwelle 9 ₁. Die magnetische Bremse 9 ist in dem Gehäuse zusammen mit einem Untersetzungsge triebe untergebracht. Die Beziehung zwischen der Spiral feder 8 und der Magnetbremse 9 ist derart, daß ein auf der Drehwelle 8₂ der Spiralfeder 8 befestigtes Zahnrad 8 _2a in ein Zahnrad 9 _1c eingreift, das über eine Einweg- Kupplung 9 _1b auf einer Drehwelle 9 _1a gelagert ist. Die Drehwelle 9 _1a ist über ein Untersetzungsgetriebe mit der Drehwelle 9 ₁ der Magnetbremse 9 gekuppelt, so daß bei Rotation der Drehwelle 8 ₂ der Spiralfeder 8 in Auf ziehrichtung der Spiralfeder das Zahnrad 9 _1c aufgrund der Einwegkupplung 9 _1b frei rotiert, während bei einer Rotation in umgekehrter Richtung das Zahnrad als eine Einheit mit der Drehwelle 9 _1a rotiert. Das untere Ende der Ausgangswelle 2 ist in einer Bohrung des oberen Endes einer Drehwelle (nicht gezeigt) des Ventilkörpers des Ventils 1 angeordnet, so daß die Betätigungswelle des Ventilkörpers als eine Einheit bei Rotation der Aus gangswelle 2 verdreht wird. Eine Vorwärts- oder Rück wärtsdrehung innerhalb eines Winkels von 90° wird durch einen Nocken 10 ermöglicht, der im Bereich des unteren Endes der Ausgangswelle 2 befestigt ist. Dieser Nocken arbeitet mit einem Anschlag 11 zusammen, der von der Außenseite des unteren Endes des Gehäuses A nach innen gerichtet ist. In der Zeichnung sind außerdem End schalter 12 und 13 vorgesehen, die eine Rotation der Ausgangswelle 2 feststellen und ein Ausgangssignal abhängig davon abgeben, ob das Ventil 1 geöffnet oder geschlossen ist. Die Kontakte der Endschalter 12 und 13 sind so angeordnet, daß sie durch Nockenscheiben 14 und 15 ein- oder ausgeschaltet werden, die auf der Ausgangs welle 2 befestigt sind. Weiterhin ist ein Endschalter 16 vorgesehen, der eine Rotation der Drehwelle der Spiralfeder 8 und deren vollständiges Aufziehen fest stellt. Der Endschalter 16 ist so angeordnet, daß die Erregerwicklung 9 ₄ der Magnetbremse 9 beim Einschalten dieses Endschalters eingeschaltet und der Motor 3 aus geschaltet wird. Weiterhin ist ein Zahnrad 3 ₁ vorge sehen, das auf der Drehwelle des Motors 3 angeordnet ist. Dieses Zahnrad 3 ₁ greift in die Außenzähne 4 ₂ mittels eines Untersetzungsgetriebes ein, um dieses erste Zahnrad 4 beim Antrieb des Motors 3 in Drehung zu versetzen und auf diese Weise ein Untersetzungsgetriebe zu bilden.

Nachfolgend soll nach Erläuterung des Aufbaus des er findungsgemäßen, motorbetriebenen Ventils dessen Funk tion anhand des Ausführungsbeispiels beschrieben werden, und zwar für den Fall, daß das Ventil bei einem Stromausfall geschlossen werden soll.

Wird beim geschlossenen Zustand des Ventils 1 der Motor 3 in Schließrichtung des Ventils betätigt, so dreht sich das von der Ausgangswelle 2 unabhängig drehende erste Zahnrad 4 frei, wobei gleichzeitig das zweite Zahnrad 6 rotiert, das mit den Innenzähnen 4 ₁ kämmt. Da die Platte 7, auf der das Zahnrad 6 gelagert ist, an der Ausgangswelle 2 befestigt ist, wird das Zahnrad 6 in dieser Position verdreht. Durch Rotation des Zahn rades 6 werden das mit diesem kämmende Zahnrad 5 und das in dieses eingreifende Zahnrad 8 ₁ verdreht, so daß das Aufziehen der Spiralfeder 8 beginnt. Sobald die Spiralfeder 8 voll aufgezogen ist, wird eine mit der Drehwelle 8₂ gekuppelte Nockenscheibe 16₁ verdreht und betätigt den Endschalter 16, wodurch der Motor 3 ausge schaltet und gleichzeitig der Elektromagnet 9 ₄ einge schaltet wird. Hierdurch wird eine weitere Rotation der Drehwelle 9 ₁ sowie der Drehwelle 8 ₂ der Spiralfeder 8 verhindert. Dies bedeutet, daß die Spiralfeder 8 im aufgezogenen Zustand festgehalten und somit Energie gespeichert wird. Wird in diesem Zustand der Motor 3 eingeschaltet und rotiert in Öffnungsrichtung des Ventils 1, so wird das erste Zahnrad 4 entgegen der vorherigen Richtung verdreht, wobei das zweite Zahnrad 6 in die Innenzähne 4₁ eingreift und ebenfalls mit dreht. Da das Zahnrad 5 jedoch mit dem Zahnrad 6 im Eingriff steht und somit in dem fixierten Zustand ver bleibt, führt das Zahnrad 6 eine Planetenbewegung aus, während es sich um das Zahnrad 5 dreht. Die Platte 7 wird aufgrund der Bewegung der Drehwelle 6 ₁ des Zahn rades 6 verdreht und nimmt die daran befestigte Aus gangswelle 2 mit, so daß der Ventilkörper des Ventils 1 in die Öffnungsrichtung verdreht wird. Sobald der Ven tilkörper durch die Rotation der Ausgangswelle 2 um 90° verdreht ist, wird eine weitere Drehung durch den An schlag 11 verhindert, wobei gleichzeitig der Kontakt des Endschalters 12 öffnet und den Motor 3 abschaltet, so daß dieser nicht weiter rotieren kann. Ist es also erforderlich, das Ventil 1 zu schließen, wird der Motor 3 in Schließrichtung des Ventils 1 eingschaltet. Hier durch rotieren das Zahnrad 3 ₁, das erste Zahnrad 4 und das zweite Zahnrad 6 in entgegengesetzter Richtung und das Zahnrad 6 führt eine Planetenbewegung entgegen der vorher beschriebenen Richtung aus, um die Platte 7 in die entgegengesetzte Richtung zu bewegen. Hierdurch wird die Ausgangswelle 2 um 90° in Schließrichtung des Ventilkörpers des Ventils 1 verdreht. Gleichzeitig mit dem Schließen des Ventilkörpers schaltet der Endschal ter 13 den Motor 3 ab, so daß dessen weitere Rotation gestoppt wird.

Auf diese Weise werden durch Einschalten des Motors 3 die vorstehend beschriebenen Funktionen zum Öffnen/ Schließen des Ventils 1 wiederholt.

Ist also das Ventil 1 geöffnet, so fällt der den Elek tromagneten 9 ₄ der Magnetbremse 9 speisende Strom bei einem Stromausfall, der ein Einschalten des Motors 3 unmöglich macht, ebenfalls aus, so daß die Anzugsplatte 9 ₃, die vorher durch den Elektromagneten magnetisch angezogen war, magnetisch abfällt und somit die Dreh welle 8 ₂ der Spiralfeder 8 freigibt. Aufgrund der ge speicherten Energie der Spiralfeder 8, die vorher auf gezogen wurde, wird die Drehwelle 8 ₂ und somit das dritte Zahnrad 5 in entgegengesetzter Richtung zur Auf zugsrichtung der Feder in Rotation versetzt, so daß das mit den Zähnen 5 ₁ des Zahnrades 5 kämmende zweite Zahn rad 5 ebenfalls verdreht wird. Da der Motor 3, d.h. die Rotationsachse des Motors und somit das Zahnrad 3 ₁, festgehalten werden und ebenfalls das erste Zahnrad 4, rollt das zweite Zahnrad 6 auf den Innenzähnen 4 ₁ ab und die Platte 7 sowie die Ausgangswelle 2 werden durch die Welle 6 ₁ in Rotation versetzt, und zwar in Schließ richtung des Ventils, wodurch der Ventilkörper automa tisch schließt.

Nach einer Wieder-Erregung wird die Spiralfeder 8 wieder aufgezogen, wie vorstehend beschrieben, und steht für nachfolgende spätere Stromausfälle od. dgl. wieder zur Verfügung.

Es wird bemerkt, daß, auch wenn bei der vorstehenden Beschreibung des Ausführungsbeispieles der Fall ange nommen wurde, daß das Ventil in Notfällen wie Stromaus fall od. dgl geschlossen werden soll, auch der Fall existieren kann, in dem das Ventil bei Stromausfällen geöffnet werden muß, z.B. bei der Verwendung des Ventils für Sprinkleranlagen. In einem solchen Fall muß die Position der Nockenscheibe derart verändert werden, daß die Spiralfeder während des Öffnens des Ventils auf gezogen wird.

Aus der vorstehenden Beschreibung geht hervor, daß bei dem motorbetriebenen Ventil der vorliegenden Erfindung die Spiralfeder durch den Motor beim Öffnen/Schließen des Ventils aufgezogen wird, so daß, wenn es aufgrund eines Stromausfalles od. dgl. unmöglich geworden ist, den Motor einzuschalten, die Spiralfeder mit ihrer ge speicherten Energie dazu dient, den Ventilkörper des Ventils zu öffnen oder zu schließen. Hierdurch werden nicht nur umständliche Prozeduren wie das manuelle Aufziehen der Spiralfeder vermieden, sondern es wird auch eine aufwendige Magnetkupplung wie beim Stand der Technik entbehrlich, so daß sich insgesamt ein ver bessertes motorbetriebenes Ventil ergibt, das bei extrem niedrigem Aufwand ein Öffnen/Schließen in Not fällen ermöglicht.

Dadurch, daß eine Magnetbremse 9 verwendet wird, um die Spiralfeder 8 im aufgezogenen Zustand festzuhalten, wird ein weicherer Betrieb ermöglicht, als wenn ein Klinkenmechanismus verwendet werden würde, um die Feder in dieser Position durch einen Elektromagneten zu halten. Außerdem ist der Vorteil gegeben, daß die Steuerung des Aufziehens zuverlässiger erfolgt, auch wenn große Federkräfte bei der Spiralfeder im Spiel sind. Da die Spiralfeder 8 bei Entregung des Elektro magneten 9 ₄ der Magnetbremse 9 aufgezogen wird, werden die Drehwelle 9 ₁ und somit die Anzugsplatte 9 ₃ eben falls mit hohen Geschwindigkeiten verdreht. Wird im vor liegenden Fall die Bremse bei einer Rotation der Betäti gungswelle des Ventilkörpers des Ventils 1 um einen Winkel von 90° schnell betätigt, so bestände die Gefahr der Beschädigung des Untersetzungsgetriebes innerhalb der Magnetbremse aufgrund hoher Kräfte, die durch die Schwungkraft der Anzugsplatte 9 ₃ auftreten. Da jedoch gemäß der vorliegenden Erfindung eine Einwegkupplung 9 _1b innerhalb des Übertragungsmechanismus zwischen der Spiralfeder 8 und der Magnetbremse 9 angeordnet ist, wird die Anzugsplatte 9 ₃ durch die Schwungenergie frei verdreht, ohne das Untersetzungsgetriebe zu belasten, selbst dann, wenn die Bremse sehr schnell betätigt wird. Wird die Anzahl der zweiten Zahnräder 6, die auf der Platte 7 gelagert ist, vergrößert, läuft die Funk tion noch weicher ab.

Obgleich die vorstehende Beschreibung sich auf den Fall richtet, bei dem das Ventil in Notfällen, wie z.B. Stromausfall od. dgl., geschlossen werden soll, kann für den Fall, daß in Notfällen das motorbetriebene Ventil geöffnet werden muß, z.B. als Ventil für eine Sprinkleranlage, die feste Position der Nockenscheibe für den Anschlag derart geändert werden, daß die Spiral feder während des Öffnens des Ventils aufgezogen wird.

Claims

1. Betätigungsvorrichtung zum wahlweisen Öffnen oder Schließen eines motorbetriebenen Ventils mittels eines in der Drehrichtung umkehrbaren Motors, gekennzeichnet durch einen Federspeicher (8), der in der einen Betätigungs richtung des Ventils (1) automatisch aufgezogen und in der entgegengesetzten Betätigungsrichtung des Ventils bei Stromausfall entspannt wird und das Ventil be tätigt.

2. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entspannung des Feder speichers (8) durch eine mit dem Motor (3) gekoppelte Magnetbremse (9) ermöglicht wird, die bei Stromausfall keine Bremswirkung zeigt.

3. Betätigungsvorrichtung zum wahlweisen Öffnen oder Schließen eines motorbetriebenen Ventils (1), mit einer einen Ventilkörper tragenden Betätigungswelle, die mit der Ausgangswelle (2) eines in der Drehrichtung umkehr baren Motors (3) gekuppelt und um einen Winkel von 90° in Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung drehbar ist, gekennzeichnet durch
ein erstes Zahnrad (4), das um die Ausgangswelle (2) drehbar gelagert ist und von dem Motor (3) antreibbar ist;
eine an der Ausgangswelle (2) befestigte Platte (7), auf der mittels eines Zapfens (6 ₁) ein zweites Zahnrad (6) drehbar gelagert ist, das mit Innenzähnen (4 ₁) des ersten Zahnrades (4) und mit Außenzähnen (5 ₁) eines dritten Zahnrades (5) kämmt, das um die Ausgangswelle (2) drehbar gelagert ist;
eine Spiralfeder (8), die durch Rotation des zweiten Zahnrades (6) aufziehbar ist; und
eine Magnetbremse (9), die im erregten Zustand eine Rotation der Spiralfeder verhindert und im entregten Zustand eine Rotation und Entspannung der Spiralfeder ermöglicht.