DE60219935T2 - Radikale elektromagnetische Lamellenkupplung - Google Patents

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    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D27/00Magnetically- or electrically- actuated clutches; Control or electric circuits therefor
    • F16D27/10Magnetically- or electrically- actuated clutches; Control or electric circuits therefor with an electromagnet not rotating with a clutching member, i.e. without collecting rings
    • F16D27/102Magnetically- or electrically- actuated clutches; Control or electric circuits therefor with an electromagnet not rotating with a clutching member, i.e. without collecting rings with radially movable clutching members
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Kupplung für einen elektromagnetischen Stellantrieb. Weiterhin betrifft die Erfindung einen elektromechanischen Stellantrieb für ein Ventil mit einem Ventilkolben und einem Elektromotor. Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf eine Turbine, insbesondere eine Dampfturbine mit einem Ventil zur Regelung eines Fluidstroms, mit einem mit einem elektromechanischen Stellantrieb verbundenen Ventilkolben.
  • Eine Turbine, insbesondere eine Dampfturbine, weist im Allgemeinen eine große Anzahl von Ventilen auf, die als Frischdampfventile, Absperrventile oder Umleitventile verwendet werden können. Die Öffnungsposition jedes der Ventile dient zum Regeln einer jeweiligen Feststoff- oder Dampfladung und kann im Allgemeinen mit Hilfe eines Kraftübertragungsglieds, insbesondere eines Teils eines Ventilstellantriebs, das dem jeweiligen Ventil zugeordnet ist, geregelt werden. Die Anforderungen an das Ventil hinsichtlich Spezifikationen müssen im Hinblick auf Leistungsregelung und Regelgeschwindigkeit besonders hoch sein. Um einen sicheren Betrieb oder ein sicheres Schließen des Ventils, insbesondere bei einer Notabschaltung einer Dampfturbine, zu gewährleisten, können Ventile als ölhydraulisch getriebene Servoventile konfiguriert sein, wobei die ihnen zugeordneten Stellantriebe in jedem Fall eine ölhydraulische Einheit entweder mit einem zentralen hydraulischen Versorgungssystem oder einem dezentralisierten hydraulischen Versorgungssystem enthalten, wie in der europäischen Patentanmeldung EP 0 040 731 A1 beschrieben. Aufgrund von Verbesserungen bei Elektromotoren hinsichtlich Zuverlässigkeit und Bewegungsenergie kann auch ein Servoventil zum Regeln des Drucks und/oder der Menge an Lademedium verwendet werden, wie zum Beispiel in der deutschen Patentanmeldung DE-OS 1937 198 beschrieben, die sich auf Atomanlagen, chemische Anlagen und ähnliche Anlagen bezieht. Das darin beschriebene Servoventil weist eine Ventilstange auf, an der ein Ventilsitz befestigt ist. Die Ventilstange ist über einen Träger um einen zentralen Drehpunkt drehbar. Auf diese Weise kann die Ladungsmediummenge durch das Ventil geregelt werden. Eine Rückstellfeder greift an die Ventilstangen an.
  • In der EP 0 230 849 A1 werden ein Servoventil und ein Absperrventil beschrieben. Das Servoventil weist einen Absperrkörper auf, der entlang einer Achse verschoben werden kann und des Weiteren einen sich entlang der Achse erstreckenden Kolben aufweist. Der Kolben ist als geradverzahnte Zahnstange konfiguriert, die mit der Längsverzahnung einer anderen Stange in Berührung bleibt. Durch Drehen der Stange um ihre Stangenachse kann ein Verschieben des Absperrkörpers in einer Axialrichtung erreicht werden. Das Drehen der Stange erfolgt mit Hilfe einer anderen Verzahnung am Ende der Stange über einen Elektromotor.
  • In der DE 44 46 605 A1 wird ein Ventil für eine Dampfturbine beschrieben, das eine Ventilspindel mit einem daran angeordneten Dichtungssitz aufweist. Die Ventilspindel wird durch einen Elektromotor angetrieben, der über eine elektromagnetisch aktivierte Kupplung mit der Ventilspindel verbunden ist. Für ein automatisches Servoschließen des Ventils enthält diese eine Tellerfeder.
  • In der internationalen Veröffentlichung WO 98/13633 A1 wird ein Stellantrieb für ein Turbinenventil beschrieben, dessen Öffnungsposition mittels der Verbindungsstange verstellt werden kann, so dass ein störungsfreier Betrieb des Ventils mit besonders geringer Brandgefahr beschrieben wird. Der Stellantrieb umfasst einen Elektromotor zum Antrieb der Verbindungsstange. Die Verbindungsstange ist über ein Zahnstangentriebsystem und über eine elektromagnetische Zahnkupplung mit dem Elektromotor verbunden.
  • Die internationale Veröffentlichung WO 99/49250 A1 beschreibt einen elektromechanischen Stellantrieb für ein Ventil, insbesondere eine Dampfturbine. Der Stellantrieb weist eine Verbindungsstange und einen Elektromotor zum Antrieb der Verbindungstange auf. Die Verbindungsstange ist durch eine Kraftübertragungsvorrichtung, die ein Drehmoment erzeugt, das sich gemäß der Axialverschiebung der Verbindungsstange ändern kann, mit dem Elektromotor verbunden. Die Verbindungsstange ist mit einer Kurbelscheibe verbunden, die wiederum über eine Zahnkupplung mit dem Elektromotor verbunden ist.
  • KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Demgemäß besteht eine Aufgabe der Erfindung in der Bereitstellung einer raumsparenden, schnell wirkenden und eher kostengünstigen elektromagnetischen Kupplung für einen elektromechanischen Stellantrieb. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines elektromechanischen Stellantriebs für ein Ventil und eine Turbine, insbesondere eine Dampfturbine mit einem Ventil zum Regeln des Stroms eines Fluids, das durch einen elektromechanischen Stellantrieb betrieben wird.
  • Angesichts der vorhergehenden und anderer Aufgaben wird gemäß der Erfindung eine elektromagnetische Radiallamellenkupplung für einen elektromechanischen Stellantrieb, insbesondere für ein Ventil, bereitgestellt, die ein Rotorelement mit einer Drehachse und einer Umfangsaußenoberfläche mit mindestens einer Aussparung aufweist. Ein zylindrisches Element umgibt das Rotorelement, und mindestens ein Lamellenelement ist am zylindrischen Element befestigt und weist einen Einsetzteil zur Anordnung in der Aussparung auf.
  • Weiterhin umfasst die Kupplung eine elektrische Spule zum Halten des mindestens einen Lamellenelements in der Aussparung. Die Kupplung umfasst vorzugsweise mehrere radiale Lamellen, die fast flache, flexible und einzelne Lamellen sind, die sich zwischen dem zylindrischen Element und dem Rotorelement befinden. Das Lamellenelement ist vorzugsweise mit einem Ende im zylindrischen Element befestigt, wobei das andere Ende mit dem Einsetzteil durch elektromagnetische Kräfte aufgrund eines durch die elektrische Spule erzeugten elektromagnetisches Feldes in der Aussparung platziert wird. Beim Einsetzen des Einsetzteils in die Aussparung ist die Kupplung in Betrieb, so dass durch Drehen des mit dem Elektromotor verbundenen Rotorelements auch das zylindrische Element in Drehung versetzt wird. Diese Drehung des zylindrischen Elements kann in eine axiale Bewegung einer Kolbenstange des Ventils umgewandelt werden.
  • Gemäß einem anderen Merkmal ist das mindestens eine Lamellenelement zum mechanischen Einsetzen des Einsetzteils in die Aussparung vorgespannt. Durch solches Vorspannen des Lamellenelements, dass es normalerweise in der Aussparung platziert ist, befindet sich der Einsetzteil – auf den die durch die Spule erzeugte elektromechanische Kraft einwirkt – in unmittelbarer Nähe der Aussparung. Wenn der Stromkreis der elektrischen Spule unterbrochen wird, zum Beispiel beim Abschalten der Dampfturbine mit einem erforderlichen unmittelbaren Schließen eines Dampfturbinenventils, verschwindet die den Einsetzteil anziehende und in der Aussparung haltende elektromagnetische Kraft. Somit wird der Einsetzteil durch eine Drehung des Rotorelements aus der Aussparung gezwängt, und die form- und kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Rotorelement und dem zylindrischen Element wird aufgehoben. Sobald die Drehung des Rotorelements zum Stillstand kommt, wird der Einsetzteil aufgrund der vorgespannten Anordnung des Lamellenelements wieder in formschlüssiger Passung in die Aussparung eingesetzt.
  • Gemäß einem weiteren Merkmal umfasst der Einsetzteil ein magnetisches Material. Der Magnetfluss der Spule wird vergrößert, wenn der Einsetzteil mit einem magnetischen Material versehen ist. Dies führt zu einer verbesserten Presspassung, da die auf den Einsetzteil einwirkende elektromagnetische Kraft auf diese Weise vergrößert wird. Der Einsetzteil kann aus einem magnetischen Material bestehen oder eine Deckschicht aus einem magnetischen Material aufweisen.
  • Gemäß einem zusätzlichen Merkmal ist die Spule um das Rotorelement herumgewickelt.
  • Gemäß einem zusätzlichen Merkmal weist die Aussparung einen Bodenabschnitt und einen erhabenen Rand auf und berührt der Einsetzteil den Bodenabschnitt und den Rand zumindest teilweise. Durch eine derartige geometrische Ausführung der Aussparung und des Einsetzteils, dass sie eine enge formschlüssige Passung bilden, wird die Bewegungsenergie, die durch die Kupplung übertragen werden kann, vergrößert. Die Neigung des erhabenen Rands, die die Anziehkraft und die Ausrücksicherheit der Kupplung beeinflusst, wird gemäß den Anforderungen der Kupplung ausgewählt.
  • Gemäß noch einem anderen Merkmal geht der erhabene Rand in einen oberen Abschnitt der Oberfläche über, wodurch der Einsetzteil vorzugsweise auch den oberen Abschnitt zumindest teilweise berührt. Auf diese Weise wird die formschlüssige Passung zwischen der Oberfläche, insbesondere der Aussparung, und dem Lamellenelement weiter verbessert.
  • Gemäß einem zusätzlichen Merkmal ist die Aussparung ein Zwischenraum zwischen zwei Zahnelementen. Die Zahnelemente, insbesondere eine Mehrzahl von Zahnelementen, sind vorzugsweise entlang dem Umfang des Rotorelements verteilt, wodurch sie die Umfangsaußenoberfläche mit mindestens einer Aussparung bilden.
  • Das Rotorelement kann dann die Form eines Getriebe- oder Zahnrads aufweisen.
  • Gemäß einer anderen Aufgabe der Erfindung wird ein elektromechanischer Stellantrieb für ein Ventil mit einem Ventilkolben bereitgestellt, der einen Elektromotor, eine elektromagnetische Radiallamellenkupplung und eine Schubstange umfasst, die mit einem Ende mit einer Kurbelscheibe der Kupplung verbunden ist und mit dem anderen Ende mit dem Ventilkolben des Ventils verbunden werden kann. Die elektromagnetische Radialkupplung umfasst ein Rotorelement mit einer Drehachse und einer Umfangsaußenoberfläche mit mindestens einer Aussparung, das mit dem Elektromotor verbunden werden kann. Weiterhin umfasst sie ein das Rotorelement umgebendes zylindrisches Element und mindestens ein an dem zylindrischen Element befestigtes Lamellenelement, das einen Einsetzteil zur Anordnung in der Aussparung aufweist. Darüber hinaus umfasst die Kupplung eine elektrische Spule zum Halten des Lamellenelements in der Aussparung und eine mit dem zylindrischen Element verbundene Kurbelscheibe. Der elektromechanische Stellantrieb kann ein bestimmtes, sofortiges Schließen des Ventils, zum Beispiel im Falle eines plötzlichen Abschaltens einer Dampfturbine, durchführen, indem er das Rotorelement und das zylindrische Element durch Verwendung der elektromagnetischen angezogenen Radiallamellenkupplung entkoppelt. Das Rotorelement kann mit dem Elektromotor und das zylindrische Element mit dem Ventilkolben verbunden sein. Das Entkoppeln erfolgt durch Unterbrechen des Stromkreises der elektrischen Spule, die die elektromagnetische Kraft erzeugt, die die Lamellenelemente anzieht. Durch Entkoppeln des Lamellenelements von dem Rotorelement wird die Drehzahl des zylindrischen Elements so hoch, dass die Lamellenelemente durch auf die Lamellen wirkende Fliehkraft gegen die durch Vorspannen der Lamellenelemente hergestellte mechanische Kraft von der Aussparung abgehoben werden. Dieses Entkoppeln ermöglicht es dem Ventil in eine geschlossene Position zu gelangen. Beim Stillstand des zylindrischen Elements kommt wieder eine auf ein Vorspannen der Lamellen zurückzuführende mechanische Kraft zum Tragen und die Lamellenelemente greifen wieder in formschlüssiger Passung in die Aussparung ein.
  • Bei einem plötzlichen Schließen eines Ventils gelangt das zylindrische Element wieder in Stillstand, wenn das Ventil eine geschlossene Position erreicht und der Elektromotor abgeschaltet ist.
  • Gemäß noch einem zusätzlichen Merkmal kann der Elektromotor durch ein Getriebe, insbesondere ein mehrstufiges Getriebe, mit dem Rotorelement verbunden sein.
  • Gemäß einem begleitenden Merkmal umfasst der Stellantrieb einen Ölbehälter und ist die Kupplung mit einem Dämpfungsmittel verbunden, wobei das Dämpfungsmittel zumindest teilweise in den Ölbehälter eingetaucht ist. Das Dämpfungsmittel kann eine mit dem zylindrischen Element verbundene Dämpfungsscheibe sein, oder bei einer bevorzugten Ausführungsform bildet das zylindrische Element selbst das Dämpfungsmittel, insbesondere ist die Außenfläche des zylindrischen Elements zumindest teilweise in den Ölbehälter eingetaucht. Eine Dämpfungsscheibe oder das zylindrische Element kann an ihrem bzw. seinem Außenumfang eine Rippe oder dergleichen aufweisen, die zu einem erhöhten Dämpfungskoeffizienten führt. Vorzugsweise sind der Elektromotor und die Kurbelscheibe außerhalb des Ölbehälters angeordnet. Der Ölbehälter ist vorzugsweise mit nicht mit Druck beaufschlagtem Öl gefüllt. Das Dämpfungsmittel gewährleistet eine Dämpfung, die bei einem plötzlichen Schließen des Ventils von besonderem Interesse ist, um den Ventilsitz vor Beschädigung zu schützen. Aufgrund des Dämpfens wird selbst bei einem plötzlichen Schließen des Ventils die Bewegung des Ventilkolbens in der Nähe des Ventilsitzes verlangsamt, bevor der Ventilkolben mit dem Ventilsitz in Berührung kommt.
  • Gemäß noch einem anderen Merkmal umfasst der Stellantrieb eine Schwinge, die an einer Seite mit der Schubstange verbunden ist und mit der anderen Seite mit dem Ventilkolben verbunden werden kann. Die Verwendung einer Schwinge gestattet eine raumsparende Anordnung des Stellantriebs und des Ventils, und des Weiteren wird es durch Wählen verschiedener Hebelarmlängen des Schwinghebels möglich, den Schwinghebel durch den Stellantrieb mit einer kleinen Kraft zu beaufschlagen, um den Ventilkolben gegen eine Ventilfeder zu bewegen, die durch Komprimierung eine größere Federkraft erzeugt.
  • Gemäß noch einem weiteren Merkmal ist der Stellantrieb mit einem Ventil mit einem Ventilkolben verbunden, der durch eine Ventilfeder in eine geschlossene Position gezwängt wird und gegen eine Federkraft der Ventilfeder zu öffnen ist. Das Ventil ist vorzugsweise ein Ventil einer Turbine, insbesondere einer Dampfturbine. Der mit diesem Ventil verbundene Stellantrieb dient sowohl Normalbetrieb, das heißt Schließen und Öffnen des Ventils zur Einstellung des Dampfstroms bei Normalbetrieb der Turbine, als auch dem plötzlichen Abschalten der Dampfversorgung der Turbine.
  • Gemäß einer anderen Aufgabe der Erfindung wird ein Einsetzteil, insbesondere eine Dampfturbine, bereitgestellt, die ein Ventil zum Regeln des Stroms des Fluids aufweist, wobei das Ventil einen Ventilkolben umfasst und mit einem elektromechanischen Stellantrieb verbunden ist, wie oben beschrieben.
  • Obgleich die Erfindung hier in Ausgestaltung einer elektromagnetischen Radiallamellenkupplung, eines elektromechanischen Stellantriebs für ein Ventil mit einem Ventilkolben, eines Elektromotors und einer elektromagnetischen Radiallamellenkupplung, insbesondere in einer Dampfturbine, und einer Turbine, insbesondere einer Dampfturbine, dargestellt und beschrieben wird, soll sie jedoch nicht auf die gezeigten Details beschränkt sein, da innerhalb des Schutzbereichs und Umfangs der Offenbarungen der Ansprüche verschiedene Modifikationen und strukturelle Änderungen daran durchgeführt werden können, ohne vom Gedanken der Erfindung abzuweichen.
  • Die Ausführung der Erfindung zusammen mit zusätzlichen Aufgaben und Vorteilen davon wird jedoch am besten aus der folgenden Beschreibung bestimmter Ausführungsformen bei Lektüre in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen am besten verständlich.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine Querschnittsansicht einer elektromagnetischen Radiallamellenkupplung in einer geöffneten Position;
  • 2 ist eine Querschnittsansicht einer elektromagnetischen Radiallamellenkupplung in einer geschlossenen Position;
  • 3 ist ein schematischer und teilweise vertikaler Schnitt durch einen mit einem Ventil in einer geschlossenen Position verbundenen elektromechanischen Stellantrieb;
  • 4 zeigt den Stellantrieb nach 3 mit dem Ventil in einer geöffneten Position.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • In den Figuren der Zeichnungen weisen einander entsprechende Komponenten der jeweiligen gezeigten beispielhaften Ausführungsformen jeweils die gleichen Bezugszeichen auf. Die Zeichnung ist teilweise vereinfacht, um gewisse Merkmale der Erfindung zu betonen.
  • Nunmehr auf die Figuren der Zeichnung im Einzelnen und insbesondere auf 1 davon Bezug nehmend, wird eine beispielhafte Ausführungsform einer elektromagnetischen Radiallamellenkupplung 10 in Querschnittsansicht in einer geöffneten Position gezeigt. Die Kupplung 10 erstreckt sich entlang einer Drehachse 12 senkrecht zur Ebene von 1. Die Kupplung 10 umfasst ein Rotorelement 11, auf das eine elektrische Spule 21 aufgewickelt ist. Das die elektrische Spule 21 umfassende Rotorelement 11 weist eine Umfangsaußenoberfläche 13 auf. Die Umfangsaußenoberfläche 13 wird durch mehrere Zahnelemente 22 gebildet, die homogen am Umfang des Rotorelements 11 verteilt sind. Zwischen jeweils zwei benachbarten Zahnelementen 22 ist eine Aussparung 17 ausgebildet, wobei diese Aussparung 17 einen Bodenabschnitt 18 und einen erhabenen Rand 19 aufweist, der durch einen Rand der Zähne 22 gebildet wird. Der erhabene Rand 19 geht in einen oberen Abschnitt 20 eines Zahnelements 22 über. Das Rotorelement 11 ist von einem zylindrischen Element 14 umgeben, das auch um die Drehachse 12 drehbar ist. An der Innenfläche des zylindrischen Elements 14 sind mehrere flexible Lamellenelemente 15 homogen verteilt und an dem zylindrischen Element 14 befestigt. Jedes Lamellenelement 15 weist einen Einsetzteil 16 auf, der eine zum Eingriff in die Aussparung 17 geeignete geometrische Form aufweist. Insbesondere weist jedes Einsetzteil 16 eine Form zum formschlüssigen Passkontakt mit dem Bodenabschnitt 18, dem erhabenen Rand 19 und dem oberen Abschnitt 20 auf. Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform befindet sich die Lamellenkupplung 10 in einem geöffneten Zustand, wobei sich das zylindrische Element 14, wie durch Pfeil 23 gezeigt, im Uhrzeigersinn dreht. Aufgrund der Drehung und der Tatsache, dass die elektrische Spule 21 nicht erregt ist, so dass sie den Einsetzteil 16 nicht durch elektromagnetische Kraft anzieht, werden die Einsetzteile 16 durch die Fliehkraft und die sich drehenden Zahnelemente 22 aus der Aussparung 17 gezwungen. Somit wird keine Bewegungsenergie und Drehbewegung durch die Lamellenkupplung 10 übertragen.
  • In 2 wird eine Querschnittsansicht einer elektromagnetischen Radiallamellenkupplung 10 wie die von 1 in einem geschlossenen oder Berührungszustand gezeigt, wobei der Einsetzteil 16 jedes Lamellenelements 15 mit der Aussparung 17 des Rotorelements 11 in Eingriff steht. Der Einsetzteil 16 steht mit dem Bodenabschnitt 18 und dem erhabenen Rand 19 in formschlüssigem Passkontakt. In diesem geschlossenen oder Berührungszustand kann die Kupplung 10 ein Drehmoment oder eine Bewegungsenergie, mit dem bzw. der das Rotorelement 11 beaufschlagt wird, auf das zylindrische Element 14 übertragen. Der Einsetzteil 16 wird durch eine durch die elektrische Spule 21 erzeugte elektromagnetische Kraft in Berührungsposition mit der Aussparung 17 gehalten. Um den Magnetfluss der elektrischen Spule 21 zu vergrößern, umfasst der Einsetzteil 16 ein magnetisches Material. Jedes Lamellenelement 15 ist so vorgespannt, dass es selbst ohne darauf wirkende elektromagnetische Kraft durch eine mechanische Kraft in die Aussparung 17 gezwungen wird.
  • In 3 wird eine teilweise schematische und teilweise als Schnitt ausgeführte Ansicht eines mit einem Ventil 50 verbundenen elektromechanischen Stellantriebs 30 gezeigt. Das Ventil 50 ist vorzugsweise ein Steuerventil oder ein Notabschaltventil oder ein kombiniertes Steuer- und Notabschaltventil einer (nicht gezeigten) Dampfturbine zum Regeln des auf die Dampfturbine gerichteten Frischdampfes. Das Ventil 50 umfasst einen Dampfeinlass 54 und einen Dampfauslass 55 mit einem Ventilsitz 53 dazwischen. Weiterhin umfasst das Ventil 50 einen Ventilkolben 52, der durch eine Ventilfeder 51 zum Aufsitzen mit einem Endteil auf dem Ventilsitz 53 zum Schließen des Ventils 50 gezwungen wird. Dies bedeutet, dass die Strömungsverbindung zwischen dem Ventileinlass 54 und dem Ventilauslass 55 gesperrt ist. An den Ventilkolben 52 kann eine gegen die durch die Ventilfeder 51 ausgeübte Kraft wirkende Kraft angelegt werden, um den Ventilkolben 52 axial auf gesteuerte Weise in eine geöffnete Position des Ventils 50 zu bewegen und so den Dampfstrom durch das Ventil 50 zu regeln.
  • Für eine gesteuerte Bewegung des Ventilkolbens 52 ist er mit dem elektromechanischen Stellantrieb 30 verbunden. Der Stellantrieb 30 umfasst einen Elektromotor 31 mit einer Motorwelle 32 und einem mehrstufigen Getriebe 33. Das mehrstufige Getriebe 33 weist eine Getriebewelle 34 auf, die starr mit dem Rotorelement 11 einer elektromagnetischen Radiallamellenkupplung 10 wie unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschrieben verbunden ist. Bei der gezeigten Ausführungsform bilden das Rotorelement 11 und die Getriebewelle 34 zusammen sogar eine Welle. Am Rotorelement 11 sind sich entlang der Drehachse 12 erstreckende Zahnelemente 22 homogen verteilt. Die Achse 12 ist die Symmetrieachse des Rotorelements 11 und der Getriebewelle 34. Das Rotorelement 11 wird von einem zylindrischen Element 14 umgeben, das an seiner Innenfläche Lamellenelemente 15 trägt. Das zylindrische Element 14 ist zumindest teilweise in einen Ölbehälter 35 eingetaucht. Das zylindrische Element 14 kann einige Rippen oder andere Dämpfungselemente an seiner Außenfläche aufweisen (nicht gezeigt). Das zylindrische Element 14 ist mit einer Kurbelscheibe 37, die einen Kurbelzapfen 39 aufweist, kraftschlüssig, insbesondere starr, verbunden. An diesem Kurbelzapfen 39 ist eine Schubstange 38 mit einem ihrer Enden 40 (dem kurbelseitigen Ende) mit der Kurbelscheibe 37 verbunden. Mit dem anderen Ende 41 (dem ventilseitigen Ende) ist die Schubstange 38 mit einer Schwinge 42 verbunden. Die Schwinge 42 ist auf der einen Seite mit der Schubstange 38 und auf der anderen Seite mit dem Ventilkolben 52 verbunden. Der Schwinghebel, der mit der Schubstange 38 verbunden ist, weist eine größere Hebelarmlänge auf als der Schwinghebel, der mit dem Ventilkolben 52 verbunden ist. Deshalb erzeugt aufgrund der Hebelwirkung eine auf die Schubstange 38 wirkende kleine Kraft eine größere Kraft, die gegen die Federkraft der Schließventilfeder 51 auf den Ventilkolben 52 wirkt. Somit muss die Kupplung 10 zum Regeln des Dampfflusses – das heißt eigentliches Verschieben des Ventilkolbens 52 – eine kleinere Bewegungsenergie übertragen als ohne die Schwinge 52, wodurch die Herstellung einer raumsparenden Kupplung 10 und eines raumsparenden Stellantriebs 30 gestattet wird. Der Elektromotor 31 sowie die elektrische Spule 21 werden durch eine Steuerung 43 gesteuert, die einen Nennventileingang 45 und einen Istventileingang 46 umfasst. Diese Eingänge 45 und 46 stellen den Nenn- und den Istwert der Position der Ventilkolben 52 dar. Zur Bestimmung der Istposition des Ventilkolbens 52 ist ein Positionssensor 54 am Ventilkolben 52, zum Beispiel zwischen der Schwinge 42 und dem Ventil 50, angeordnet. Wenn die Ventilfeder 51 den Ventilkolben 52 mit einer Federkraft beaufschlagt, um das Ventil 50 in einer geschlossenen Position zu halten, muss keine weitere Bewegungsenergie oder Kraft von dem Stellantrieb 30 an den Ventilkolben 52 angelegt werden, um das Ventil 50 zu schließen. Somit sind in dem in 3 gezeigten Beispiel sowohl der Elektromotor 31 als auch die elektrische Spule 21 deaktiviert. Da sich das Rotorelement 11 nicht dreht, stehen die Einsetzteile 16 aufgrund der Vorspannung der Lamellenelemente 15 ohne auf den Einsetzteil 16 wirkende elektromagnetische Kraft jeweils in einer jeweiligen Aussparung 17 in Eingriff.
  • In 4 wird die aus dem Ventil 50 und dem Stellantrieb 30 bestehende Anordnung gezeigt, wobei sich das Ventil 50 in einer geöffneten Position befindet. In diesem Fall sind sowohl der Elektromotor 31 als auch die elektrische Spule 21 aktiviert, so dass die Kurbelscheibe 37 in eine Position gedreht wird, die zu einer Axialbewegung der Schubstange 38 führt. Durch Umwandeln dieser Axialbewegung der Schubstange 38 über die Schwinge 42 in eine Axialbewegung des Ventilkolbens 52 wird der Ventilkolben 52 von dem Ventilsitz 53 abgehoben. Somit wird zwischen dem Ventileinlass 54 und dem Ventilauslass 55 eine Strömungsverbindung hergestellt, damit Frischdampf in die Dampfturbine strömen kann. Durch Verwendung des mehrstufigen Getriebes 33, des mit dem zylindrischen Element 14 verbundenen Rotorelements 11, der mit der Schubstange 38, die über die Schwinge 42 mit dem Ventilkolben 52 verbunden ist, verbundenen Kurbelscheibe 37 wird das Drehmoment des Elektromotors 31 in eine Kraft umgewandelt, die gegen die durch die Ventilfeder 51 an den Ventilkolben 52 angelegte Federkraft auf den Ventilkolben 52 wirkt.
  • Bei einem Notschließen des Ventils 50 werden sowohl der Elektromotor 31 als auch die elektrische Spule 21 deaktiviert. Sofort nach Aktivierung des Elektromotors 31 leitet die durch die Ventilfeder 51 an den Ventilkolben 52 angelegte Federkraft eine Bewegung des Ventilkolbens 52 in eine Schließposition ein. Diese Bewegung des Ventilkolbens 52 wird in eine Drehung des zylindrischen Elements 14 der Kupplung 10 umgewandelt. Aufgrund der Deaktivierung der elektrischen Spule 21 und der Drehung des zylindrischen Elements 14 wird der Einsetzteil 16 der Lamellenelemente 15 aus der Aussparung 17 gezwängt, so dass sich das zylindrische Element 14 drehen kann. Da das zylindrische Element 14 zumindest teilweise in den Ölbehälter 35 eingetaucht ist, kommt es zu einer Dämpfung der Drehbewegung des zylindrischen Elements 14. Diese Dämpfung gewährleistet, dass der Ventilkolben 52 nicht auf den Ventilsitz 53 aufschlägt oder ihn beschädigt. Aufgrund der Dämpfung des zylindrischen Elements 14 wird der Ventilsitz 53 bei einem Notschließen des Ventilkolbens 52 vor einer Beschädigung geschützt.

Claims (13)

  1. Elektromagnetische Radiallamellenkupplung (10) für einen elektromechanischen Stellantrieb (30), insbesondere für ein Ventil (50), mit Folgendem: – einem Rotorelement (11) mit einer Drehachse (12) und einer Umfangsaußenoberfläche (13) mit mindestens einer Aussparung (17), – einem das Rotorelement (11) umgebenden zylindrischen Element (14), – mindestens einem Lamellenelement (15), das an dem zylindrischen Element (14) befestigt ist und einen Einsetzteil (16) zur Anordnung in der Aussparung (17) aufweist, – einer elektrischen Spule (21) zum Halten des Lamellenelements (15) in der Aussparung (17).
  2. Kupplung (10) nach Anspruch 1, bei der das mindestens eine Lamellenelement (15) zum mechanischen Einsetzen des Einsetzteils (16) in die Aussparung (17) vorgespannt ist.
  3. Kupplung (10) nach Anspruch 1 oder 2, bei der der Einsetzteil (16) ein magnetisches Material umfasst.
  4. Kupplung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Spule (21) um das Rotorelement (11) herumgewickelt ist.
  5. Kupplung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Aussparung (17) einen Bodenabschnitt (18) und einen erhabenen Rand (19) aufweist und der Einsetzteil (16) den Bodenabschnitt (18) und den Rand (19) zumindest teilweise berührt.
  6. Kupplung (10) nach Anspruch 5, bei der der Rand (19) an einem oberen Abschnitt (20) der Oberfläche (13) endet und der Einsetzteil (16) den oberen Abschnitt (20) zumindest teilweise berührt.
  7. Kupplung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Aussparung (17) ein Zwischenraum zwischen zwei Zahnelementen (22) ist.
  8. Elektromechanischer Stellantrieb (30) für ein Ventil (50) mit einem Ventilkolben (52), mit Folgendem: a) einem Elektromotor (31), b) einer elektromagnetischen Radialkupplung (10), die b1) ein Rotorelement (11) mit einer Drehachse (12) und einer Umfangsaußenoberfläche (13) mit mindestens einer Aussparung (17), das mit dem Elektromotor (31) verbunden werden kann, b2) ein zylindrisches Element (14), das das Rotorelement (11) umgibt, b3) mindestens ein Lamellenelement (15), das an dem zylindrischen Element (14) befestigt ist und einen Einsetzteil (16) zur Anordnung in der Aussparung (17) aufweist, b4) eine elektrische Spule (21) zum Halten des Lamellenelements (15) in der Aussparung (17), b5) eine Kurbelscheibe (37), die mit dem zylindrischen Element (14) verbunden ist, aufweist, c) einer Schubstange (38), die mit einem Ende (40) mit der Kurbelscheibe (37) verbunden ist und mit dem anderen Ende (41) mit dem Ventilkolben (52) verbunden werden kann.
  9. Stellantrieb (30) nach Anspruch 8, bei dem der Elektromotor (31) über ein Getriebe (33), insbesondere ein mehrstufiges Getriebe, mit dem Rotorelement (11) verbunden werden kann.
  10. Stellantrieb (30) nach Anspruch 8 oder 9, weiterhin mit einem Ölbehälter (35) und einem Dämpfungsmittel (14), das mit der Kupplung (10) verbunden ist, wobei das Dämpfungsmittel (10) zumindest teilweise in den Ölbehälter (35) eingetaucht ist.
  11. Stellantrieb (30) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, mit einer Schwinge (42), die an einer Seite mit dem anderen Ende (41) der Schubstange (38) verbunden ist und mit ihrer anderen Seite mit dem Ventilkolben (52) verbunden werden kann.
  12. Stellantrieb (30) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, der mit einem Ventil (50) mit einem Ventilkolben (52) verbunden ist, der durch eine Ventilfeder (51) in eine geschlossene Position gezwängt wird und gegen eine Federkraft der Ventilfeder (51) zu öffnen ist.
  13. Turbine, insbesondere Dampfturbine, mit einem Ventil (50) zum Regeln des Stroms eines Fluids, wobei das Ventil (50) einen mit einem elektromagnetischen Stellantrieb (30) verbundenen Ventilkolben (52) aufweist, wobei der Stellantrieb (30) Folgendes umfasst: a) einen Elektromotor (31), b) eine elektromagnetische Radialkupplung (10), die b1) ein Rotorelement (11) mit einer Drehachse (12) und einer Umfangsaußenoberfläche (13) mit mindestens einer Aussparung (17), das mit dem Elektromotor (31) verbunden werden kann, b2) ein zylindrisches Element (14), das das Rotorelement (11) umgibt, b3) mindestens ein Lamellenelement (15), das an dem zylindrischen Element (14) befestigt ist und einen Einsetzteil (16) zur Anordnung in der Aussparung (17) aufweist, b4) eine elektrische Spule (21) zum Halten des Lamellenelements (15) in der Aussparung (17), b5) eine Kurbelscheibe (37), die mit dem zylindrischen Element (14) verbunden ist, aufweist, c) eine Schubstange (38), die mit einem Ende (40) mit der Kurbelscheibe (37) und mit dem anderen Ende (41) mit dem Ventilkolben (52) verbunden ist.
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