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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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GEBIET DER ERFINDUNG
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Gemäß einem
zusätzlichen
Merkmal ist die Spule um das Rotorelement herumgewickelt.
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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.
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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.
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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.
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Das
Rotorelement kann dann die Form eines Getriebe- oder Zahnrads aufweisen.
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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.
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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.
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Gemäß noch einem
zusätzlichen
Merkmal kann der Elektromotor durch ein Getriebe, insbesondere ein
mehrstufiges Getriebe, mit dem Rotorelement verbunden sein.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Querschnittsansicht einer elektromagnetischen Radiallamellenkupplung
in einer geöffneten
Position;
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2 ist
eine Querschnittsansicht einer elektromagnetischen Radiallamellenkupplung
in einer geschlossenen Position;
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3 ist
ein schematischer und teilweise vertikaler Schnitt durch einen mit
einem Ventil in einer geschlossenen Position verbundenen elektromechanischen
Stellantrieb;
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4 zeigt
den Stellantrieb nach 3 mit dem Ventil in einer geöffneten
Position.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.