WO2017001052A2 - Stellantrieb und korrespondierende verfahren - Google Patents

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WO2017001052A2
WO2017001052A2 PCT/EP2016/001070 EP2016001070W WO2017001052A2 WO 2017001052 A2 WO2017001052 A2 WO 2017001052A2 EP 2016001070 W EP2016001070 W EP 2016001070W WO 2017001052 A2 WO2017001052 A2 WO 2017001052A2
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electric motor
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Wilfried Platzer
Benjamin Hofmann
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Auma Riester Gmbh & Co. Kg
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Definitions

  • the invention relates firstly to an actuator, in particular a valve actuator, with an electric motor, which is designed to actuate an actuating element, and with a locking device having a locking element for locking the actuating element, wherein the locking element between a locking position and a release position is movable, wherein a preferably electromagnetic actuator is designed for transferring the locking element between the locking position and the release position.
  • Actuators are known and are used to operate an actuator, such as a valve, in particular to open, close or change. Actuators are used, for example, in systems in which valves for controlling a material flow must be actuated. It is often desirable to fix the position of a valve when switching off or failure of the system and to prevent accidental or unauthorized adjustment. For this purpose, it has become customary, the actuator with a locking element directly or indirectly, for example via a gear train - to fix.
  • the invention relates to an actuator, in particular a valve actuator, with an electric motor, which is designed to actuate an actuating element, and with a locking device, which has a locking element for locking the actuating element, wherein the locking element between a locking position and
  • CONFIRMATION COPY a release position is movable, wherein the locking element cooperates in the locking position with a counterpart to the locking of the actuating element such that the actuating element between two stop positions, which are predetermined in the sense of a game by the locking element and / or the counterpart f ixiert.
  • the formation of a game is required, for example, to bring the locking element verklemmungslitis in the locking position.
  • the invention relates to an actuator, in particular valve actuator, with an electric motor, which is designed for actuating an actuating element, and having a locking device, which has a locking element for locking the actuating element, wherein the locking element between a Arre michsposition and a release position with an electric
  • Actuator is movable, wherein the actuating element is fixed in the locking position by the locking element.
  • the invention relates to an actuator, in particular a valve actuator, with one of a
  • DC link-fed electric motor for actuating an actuating element and with a brake.
  • the invention further relates to a method for releasing an actuator, in particular valve actuator and / or actuator according to one of the preceding claims, wherein a locking element from a locking position, in which it cooperates with a counterpart for locking an actuatable actuator with an electric motor such that the actuating element is fixed between two stop positions, which are predetermined in the sense of a game by the locking element and / or the counterpart, is moved to a release position.
  • the invention finally relates to a method for operating a mains-powered actuator, in particular valve actuator, in the event of a power failure, wherein an electric motor of the actuator is fed in normal operation via a DC link from a network.
  • a valve actuator with an electric motor, a gear train and an output shaft, which is movable for adjusting a control valve between different opening states known, wherein a spring as an elastic urging member holds a locking pawl in engagement and the locking pawl with a coil assembly against the force of the biasing element is pulled out is.
  • the invention has for its object to increase the performance characteristics of an actuator.
  • Locking position is enabled.
  • the life of the actuator is extendable.
  • the locking element is held permanently magnetic in the release position.
  • the advantage here is that the locking element is currentless durable in the release position.
  • a total carteaufnähme reduced. It is thus achievable better energy efficiency, whereby the performance characteristics are improved.
  • This is particularly advantageous when the actuator is supplied with a generator, for example, in a power failure via a handwheel, as a performance of such a handwheel drive or hand-operated generator is limited.
  • the locking element in the locking position and in the release position in each case includes a magnetic circuit comprising the first permanent magnet.
  • the advantage here is that only a permanent magnet for holding in the release position and in the locking position is required. It is particularly advantageous in this case if the magnetic circuits are formed by a housing of the actuating device and a ferromagnetic part of the locking element. Thus, a disturbing influence can be reduced from the outside, and defined magnetic circuits can be formed.
  • the each other magnetic circuit in the release position and / or in the locking position respectively open or interrupted. Thus, its holding force can be canceled in each case.
  • the actuating device has a coil arrangement with at least one coil.
  • a magnetic field actually acting on the locking element is variable, for example, by an electromagnetic field of at least one coil is superimposed on a permanent magnetic field suitable. It is advantageous in this case if the at least one coil receives a f erromagnetic part of the locking element in it. Thus, with the coil, a force on the locking element exercisable.
  • the coil arrangement may in this case be formed from a single coil or from two or more than two coils.
  • a second permanent magnet is provided for fixing the locking element in the release position.
  • an elastic return element is designed for transferring the locking element in the release position.
  • a coil or coil arrangement for transfer is smaller dimensioned.
  • a, for example, the already mentioned, elastic return element for fixing the locking element is formed in the release position.
  • a magnetic field generated by the first permanent magnet and / or the second permanent magnet can be overcome and / or attenuated or neutralized by the actuating device.
  • the attraction of the permanent magnet or for the operation of the locking element is usable.
  • the first permanent magnet at a first end of the coil assembly and / or the aforementioned second or a second permanent magnet at one of the first end applied second end of the coil assembly, such as the coil or another coil is arranged.
  • a travel between the release position and the locking position as long as the coil assembly, in particular as the coil or the two coils can be formed.
  • each permanent magnet is assigned a respective coil, wherein the coils can be set up in a supply current-separated manner.
  • the coil assembly has at least two coils.
  • the advantage here is that a transfer of the locking element between the locking position and the release position is executed executable.
  • the first permanent magnet is disposed between two coils. This is particularly favorable if only one permanent magnet is used. With the coils as needed on each side of the permanent magnet attraction forces on the locking element can be introduced.
  • the locking element movable by the first permanent magnet and / or by the second
  • a magnetic field of the first permanent magnet is weakened or neutralized during energization of the coil and a magnetic field of the second permanent magnet at a current flow of the coil in the reverse direction weakened or neutralized.
  • a magnetic field of the first permanent magnet is weakened or neutralized during energization of the coil and a magnetic field of the second permanent magnet at a current flow of the coil in the reverse direction weakened or neutralized.
  • a dipole moment of the first permanent magnet is oriented at an angle of less than 90 °, preferably substantially parallel, to a dipole moment of the second permanent magnet.
  • Permanent magnets with . a coil are mutually weakenable or strengthened.
  • End position determination unit for determining a
  • Position value for at least one stop position of the two stop positions from the determined characteristic of the electric motor is set up and that a control unit for moving the electric motor is formed in a deviating from the determined position value position.
  • an actuator may apply a force to the detent member in the detent position, which may cause jamming in the detent position.
  • An advantage of the invention is that jamming of the locking element in the locking position can be prevented in a simple manner by the locking element is relieved.
  • the actuator is thus smaller dimensioned.
  • the characteristic is a motor current.
  • a control unit for determining an electrical operating variable of the electric actuation drive and for determining a current position of the Arret istselements characterizing information from the determined operating size is established.
  • control unit for measuring a current or power consumption and / or an inductance of the actuating device is set up as an operating variable.
  • the embodiment makes use of the fact that the actuating device frequently has at least one coil whose electrical properties are influenced by an instantaneous position of the locking element.
  • the features of the fourth independent, directed to an actuator claim are provided as an alternative or in addition to the previously described.
  • a control unit of the brake and / or the electric motor fed from the DC link and / or can be fed is thus proposed to solve the problem in an actuator of the type described at the outset as fourth that a control unit of the brake and / or the electric motor fed from the DC link and / or can be fed.
  • the advantage here is that after a power failure, the control unit is still functional longer durable.
  • the actuator can be moved with energy from the already mentioned intermediate circuit capacitor to a safe position of the controlled actuating element.
  • the features of the independent method claim are provided according to the invention in the method for releasing an actuator.
  • the electric motor befindlichem in the locking position Locking element is actuated, that by monitoring a momentarily developed torque characterizing characteristic of the electric motor during operation, a position value for at least one stop position of the two stop positions is determined that the electric motor is moved on the basis of the determined position value in a deviating from the stop position position and that the Arret istselement is moved in this position of the actuating element in the release position.
  • the invention makes use of the knowledge that jamming can occur when the locking element is in one of the two stop positions of the game. With the invention can thus be easily avoided that the locking element is in one of the stop positions when it is to be transferred to the release position. Position values for both stop positions are preferably determined. The deviating position can then be calculated, for example, as the mean value of the position values.
  • the features of the independent method claim are provided according to the invention in the method for operating a mains-powered actuator in case of power failure.
  • the invention for solving the above problem in a method for operating a mains-powered actuator in case of power failure of the type described above is proposed that is charged in a power failure of the intermediate circuit in the regenerative operation of the electric motor and that a control unit of a brake and / or the electric motor is fed from the DC link.
  • the advantage here is that an energy, such as kinetic energy, which is present in a controlled via the control elements system, in a power failure for Transfer of the system to a safe state usable
  • Fig. 1 is a block diagram of an inventive
  • FIG. 2 shows a locking device of an actuator according to Fig. 1 in the locking position
  • Fig. 4 shows an alternative locking device of a
  • Fig. 5 shows another alternative locking device of an actuator according to Fig. 1 with two coils in the release position
  • Fig. 6 shows another alternative locking device of an actuator according to Fig. 1 with a movable permanent magnet and permanent magnetic fixation in both end positions
  • Fig. 7 shows another alternative locking device of an actuator according to Fig. 1 with a movable permanent magnet and permanent magnetic fixation in
  • FIG. 8 shows a further alternative locking device of an actuator according to FIG. 1 with a movable permanent magnet and a spring-assisted release position and a further alternative locking device of an actuator according to FIG. 1 with a spring-held release position.
  • Fig. 1 shows a designated as a whole with 1 erf indungswashen actuator as a block diagram.
  • the actuator 1 has an electric motor 2, which via a gear 3, an adjusting element 4 - for example, a valve of a system - operated.
  • the actuator 1 further has a locking device 5, with which the transmission 3 can be blocked and released. Thus, the actuator 4 can be locked and released.
  • a locking element 6 is inserted into a recess 7 of a movable part of the transmission 3 - for example, a gear or a shaft - as a counterpart 8 to block the transmission 3 and so the actuator 4 to lock.
  • Fig. 2 shows the locking element 6 in the locking position. If the locking element 6 from the Removed recess 7, the transmission 3 and the actuator 4 are released again.
  • Fig. 3 shows the locking element 6 in the release position.
  • the locking device 5 has an actuating device 9, with which the locking element 6 between the locking position and the release position can be transferred.
  • the locking device has a first
  • Permanent magnet 10 which is annular. In the locking position shown in FIG. 2, a first magnetic circuit 11 is formed, with which the locking element 6 is held in the locking position. The first magnetic circuit 11 is generated by the first permanent magnet 10.
  • the locking element 6 is provided with a ferromagnetic part 12 which closes the first magnetic circuit 11 guided in a housing 13. Removal from the locking position would open this first magnetic circuit 11. The resistance of the first magnetic circuit 11 directed against this results in a holding force which holds the locking element 6 in the locking position.
  • a second magnetic circuit 14 is formed which extends in the ferromagnetic part 12 and the housing 13 and is fired by the first permanent magnet 10.
  • the first magnetic circuit 11 of FIG. 2 is interrupted in the release position at the air gap 15 between the ferromagnetic part 12 and the housing 13.
  • the actuator on a coil assembly 27 with a coil 16 With suitable energization of the coil 16, the magnetic circuit 11 or its magnetic field can be weakened or completely neutralized. The ferromagnetic member 12 is thus no longer held in the locking position and endeavors to close the second magnetic circuit 14. This is by an appropriate energization of another coil 17 of the coil assembly 27 un prima zbar.
  • the first permanent magnet 10 is arranged between these coils 16, 17.
  • the locking element 6 is guided with its ferromagnetic part 12 movable through the permanent magnet 10.
  • the ferromagnetic member 12 is slidably disposed in a space enclosed by the coils 16, 17 of the coil assembly 27.
  • the further coil 17 is energized suitable to weaken the second magnetic circuit 14 or its magnetic field or neutralize completely and thus cancel its effect.
  • the ferromagnetic member 12 is now anxious to close the first magnetic circuit 11, whereby the locking element 6 is again transferred to the locking position shown in FIG. This can be supported by suitable energization of the coil 16.
  • Fig. 2 it can be seen that the recess 7 forms two stops 18, 19 for the locking element 6. These stops 18, 19 are spaced from each other further than would be necessary for an insertion of the locking element 6. It thus results in the locking position a game, so that the counterpart 8 and thus the adjusting element 4 is fixed between two stop positions. If the counterpart 8 is loaded by the adjusting element 4 or otherwise, the stop 18 or the stop 19 can rest on the locking element 6 and jam it.
  • the gear 3 is initially moved with the electric motor 2 against the stop 18 and then against the stop 19.
  • a parameter of the electric motor 2 which characterizes a momentarily developed torque measured. In the present case, this is the motor current.
  • the reaching of the respective stop 18, 19 is detected in an end position determination unit 21 by evaluation of the parameter.
  • a position value for the stop positions is determined from the motor current and a measured value of an encoder (not shown).
  • the control unit 22, to which the Endlagenbeticiansaku 21 belongs the electric motor 2 such that none of the stop positions is taken and that the locking element 6 is thus exposed in the receptacle 7.
  • a control unit 24 is formed in the locking device 5.
  • the Kontrol leinhe-it 24 is to determine an electrical operating variable of the electrical
  • Actuator 9 is set to determine a current position of the locking element 6 from the determined operating size.
  • This company size is in Embodiment, a power or power consumption of the actuator and / or an inductance of the coil 16.
  • the inductance of the coil 16 depends on a depth of immersion of the ferromagnetic part 12.
  • the determined parking position is transmitted to the control unit 22, for example, to give a feedback on reaching and / or leaving the release position and / or the locking position.
  • the electric motor 2 is supplied in a conventional manner from a DC link with an intermediate circuit capacitor.
  • the actuator 1 also has a brake not shown for the connected actuator 4 and / or the electric motor 2. The electric motor 2 and the brake are controlled by the control unit 22.
  • the electric motor 2 is operated as a generator in order to charge the DC link capacitor.
  • the control unit 22 is fed in this case from the intermediate circuit, so that control functions of the control unit 22 longer available, for example, for moving the control element 4 in a safe position and / or to actuate the brake.
  • Fig; 4 shows a further locking device 5, with which an actuator 1 according to the invention according to FIG. 1 can be formed. Structurally and / or functionally identical to the exemplary embodiment according to FIGS. 1 to 3, identical or identical components and functional units are designated by the same reference numerals and are not described separately again. The statements relating to FIGS. 1 to 3 therefore apply correspondingly to FIGS.
  • FIG. 4 differs from the embodiment according to FIGS. 2 and 3, characterized in that the actuating device 9 has a second permanent magnet 23. In addition, in the embodiment of FIG. 4, only one coil 16 in the coil assembly 27 is present.
  • the first permanent magnet 10 is disposed at a first end 25 of the coil assembly 27 formed by the coil 16, while the second permanent magnet 23 is disposed at a second end 26 of the coil assembly 27 with the coil 16 facing away from the first end 25.
  • the locking element 6 is movably mounted in the annular first permanent magnet 10.
  • the second permanent magnet 23 holds the locking element 6 de-energized in the release position.
  • the coil 16 is energized such that a magnetic field of the first permanent magnet 10 is neutralized in the interior of the actuator 9.
  • a magnetic field of the second permanent magnet 23 remains, which pulls the locking element 6 in the release position.
  • a dipole moment of the first permanent magnet 10 is aligned parallel to a dipole moment of the second permanent magnet 23 and parallel to an axis of the coil 16. This ensures that energization of the coil 16 in a current direction weakens the magnetic field of the first permanent magnet 10 in the coil 16 and at the same time supports the magnetic field of the second permanent magnet 23 in the coil 16.
  • FIG. 5 shows a further locking device 5, with which an inventive actuator 1 according to FIG. 1 can be formed.
  • Structural and / or functional to the embodiments of FIGS. 1 to 4 identical or identical components and functional units are denoted by the same reference numerals and not described separately again. The statements on FIGS. 1 to 4 therefore apply correspondingly to FIGS.
  • FIG. 5 differs from the embodiment of FIG. 4 in that on the coil assembly 27, a further coil 17 is formed.
  • the first permanent magnet 10 is arranged at a first end 25 of the coil arrangement 27 consisting of coil 16 and further coil 17, while the second permanent magnet 23 is arranged at an opposite, second end 26 of this coil arrangement 27.
  • FIG. 6 shows a further locking device 5, with which an inventive actuator 1 according to FIG. 1 can be formed.
  • an inventive actuator 1 according to FIG. 1 can be formed.
  • Fig. 6 shows the locking element
  • the locking device 5 according to FIG. 6 differs from the preceding embodiments in that the permanent magnet 10 is fixedly connected to the locking element 6 and movably arranged in the coil 16.
  • the permanent magnet 10 contacts a further ferromagnetic part 28 at the second end 26.
  • the locking element 6 is thus fixed without current in the release position.
  • FIG. Fig. 7 shows a further locking device 5, with which an inventive actuator 1 according to FIG. 1 can be formed.
  • an inventive actuator 1 according to FIG. 1 can be formed.
  • the statements relating to FIGS. 1 to 6 therefore apply correspondingly to FIGS.
  • the release position of the locking element 6 is shown.
  • the embodiment according to FIG. 7 differs from the exemplary embodiment according to FIG. 6 in that the release position is fixed only when the coil 16 is energized.
  • FIG. 8 shows a further locking device 5, with which an inventive actuator 1 according to FIG. 1 can be formed. Structurally and / or functionally identical to the exemplary embodiments according to FIGS. 1 to 7, identical or identical components and functional units are designated by the same reference numerals and are not described separately again. The statements relating to FIGS. 1 to 7 therefore apply correspondingly to FIGS.
  • FIG. 8 differs from the embodiment of FIG. 6 in that in addition an elastic return element 29, here a return spring, is present.
  • the return element 29 transfers the locking element 6 in the currentless coil in the release position shown in Fig. 8.
  • the spring force is not usually dimensioned so strong that it can pick up the holding force between the permanent magnet 10 and the ferromagnetic part 12 in direct contact réelle. Rather, here a supporting Stompuls in the coil 16 is necessary to trigger the transfer from the locking position to the release position.
  • FIG. 9 shows a further locking device 5, with which an inventive actuator 1 according to FIG. 1 can be formed.
  • an inventive actuator 1 according to FIG. 1 can be formed.
  • FIG. 9 differs from the embodiment of FIG. 7 in that a elastic return element 29 is present for transfer to the release position shown, and of Figure 8 in that the further ferromagnetic part 28 is missing.
  • the locking element 6 is thus fixed in the locking position only by the permanent magnet 10, while in the release position it is fixed only with the elastic return element 29 f.
  • a current pulse in the coil 16 is sufficient to trigger the transfer from the locking position to the release position.
  • the locking element 6 is transferred to the locking position.
  • an actuator 1 with a locking element 6 for locking a connected or connectable control element 4 is proposed to hold the Arre michselement 6 at least in a release position and / or a locking position permanent magnetic and to transfer with an electrical actuator 9 between the release position and the locking position.

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Abstract

Bei einem Stellantrieb (1) mit einem Arretierungselement (6) zur Arretierung eines angeschlossenen oder anschließbaren Stellelements (4) wird vorgeschlagen, das Arretierungselement (6) zumindest in einer Freigabeposition und/oder in einer Arretierungsposition permanentmagnetisch zu halten und mit einer elektrischen Betätigungseinrichtung (9) zwischen der Freigabeposition und der Arretierungsposition zu überführen

Description

Stellantrieb und korrespondierende Verfahren
Die Erfindung betrifft erstens einen Stellantrieb, insbesondere Ventilbetätiger , mit einem Elektromotor, der zur Betätigung eines Stellelements ausgebildet ist, und mit einer Arretierungseinrichtung, die ein Arretierungselement zur Arretierung des Stellelements aufweist, wobei das Arretierungselement zwischen einer Arretierungsposition und einer Freigabeposition bewegbar ist, wobei eine vorzugsweise elektromagnetische Betätigungseinrichtung zur Überführung des Arretierungselements zwischen der Arretierungsposition und der Freigabeposition ausgebildet ist.
Stellantriebe sind bekannt und werden dazu eingesetzt, ein Stellelement, beispielsweise ein Ventil, zu betätigen, insbesondere zu öffnen, zu schließen oder zu verändern. Stellantriebe werden beispielsweise bei Anlagen eingesetzt, bei denen Ventile zur Steuerung eines Material flusses betätigt werden müssen. Häufig ist es wünschenswert, die Stellung eines Ventils bei Abschalten oder Ausfall der Anlage zu fixieren und ein ungewolltes oder unbefugtes Verstellen zu verhindern. Hierzu ist es üblich geworden, das Stellelement mit einem Arretierungselement direkt oder indirekt beispielsweise über einen Getriebestrang - zu fixieren.
Die Erfindung betrifft zweitens einen Stellantrieb, insbesondere Ventilbetätiger , mit einem Elektromotor, der zur Betätigung eines Stellelements ausgebildet ist, und mit einer Arretierungseinrichtung, die ein Arretierungselement zur Arretierung des Stellelements aufweist, wobei das Arretierungselement zwischen einer Arretierungsposition und
BESTÄTIGUNGSKOPIE einer Freigabeposition bewegbar ist, wobei das Arretierungselement in der Arretierungsposition mit einem Gegenstück zur Arretierung des Stellelements derart zusammenwirkt, dass das Stellelement zwischen zwei Anschlagpositionen, die im Sinne eines Spiels durch das Arretierungselement und/oder das Gegenstück vorgegeben sind, f ixiert ist .
Die Ausbildung eines Spiels ist beispielsweise erforderlich, um das Arretierungselement verklemmungsfrei in die Arretierungsposition bringen zu können.
Die Erfindung betrifft drittens einen Stellantrieb, insbesondere Ventilbetätiger , mit einem Elektromotor, der zur Betätigung eines Stellelements ausgebildet ist, und mit einer Arretierungseinrichtung, die ein Arretierungselement zur Arretierung des Stellelements aufweist, wobei das Arretierungselement zwischen einer Arre ierungsposition und einer Freigabeposition mit einer elektrischen
Betätigungseinrichtung bewegbar ist, wobei das Stellelement in der Arretierungsposition durch das Arretierungselement fixiert ist .
Die Erfindung betrifft viertens einen Stellantrieb, insbesondere Ventilbetätiger , mit einem aus einem
Zwischenkreis gespeisten Elektromotor zur Betätigung eines Stellelements und mit einer Bremse.
Es ist üblich geworden, Elektromotoren aus einem Zwischenkreis zu speisen, um - beispielsweise über eine Pulsweitenmodulation - eine gewünschte Drehzahl des Elektromotors einzustellen. Hierbei dient der
Zwischenkreiskondensator als Puffer nach einer Gleichrichtung einer Netzspannung. Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Freigabe eines Stellantriebs, insbesondere Ventilbetätigers und/oder Stellantriebs nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein Arretierungselement aus einer Arretierungsposition, in welcher es mit einem Gegenstück zur Arretierung eines mit einem Elektromotor betätigbaren Stellelements derart zusammenwirkt, dass das Stellelement zwischen zwei Anschlagpositionen, die im Sinne eines Spiels durch das Arretierungselement und/oder das Gegenstück vorgegeben sind, fixiert wird, in eine Freigabeposition bewegt wird.
Die Erfindung betrifft schließlich ein Verfahren zum Betreiben eines netzversorgten Stellantriebs, insbesondere Ventilbetätigers, bei Netzausfall, wobei ein Elektromotor des Stellantriebs im Normalbetrieb über einen Zwischenkreis aus einem Netz gespeist wird.
Aus WO 2008/007058 A2 ist ein Ventilbetät iger mit einem elektrischen Motor, einem Getriebezug und einer Abtriebswelle, die zur Verstellung eines Steuerungsventils zwischen unterschiedlichen Öffnungszuständen bewegbar ist, bekannt, wobei eine Feder als ein elastisches Beaufschlagungselement eine Verriegelungsklinke im Eingriff hält und die Verriegelungsklinke mit einer Spulenanordnung gegen die Kraft des Beaufschlagungselements herausziehbar is .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Gebrauchseigenschaften eines Stellantriebs zu erhöhen.
Zur Lösung der genannten Aufgabe sind erfindungsgemäß die Merkmale von Anspruch 1 vorgesehen. Insbesondere wird somit erfindungsgemäß zur Lösung der Aufgabe bei einem Stellantrieb der eingangs genannten Art vorgeschlagen, dass ein erster Permanentmagnet zur Fixierung des Arretierungselements in der Arretierungsposition angeordnet ist. Von Vorteil ist dabei, dass eine ermüdungsfreie Halterung in der
Arretierungsposition ermöglicht ist. Somit ist der eine Standzeit des Stellantriebs verlängerbar.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Arretierungselement in der Freigabeposition permanentmagnetisch gehalten ist. Von Vorteil ist dabei, dass das Arretierungselement in der Freigabeposition stromlos haltbar ist. Somit ist im Normalbetrieb, in welchem die Arretierung gelöst und das Arretierungselement in der Freigabeposition angeordnet ist, eine Gesamt leistungsaufnähme reduzierbar. Es ist somit eine bessere Energieeffizienz erreichbar, wodurch die Gebrauchseigenschaften verbessert sind. Dies ist besonders dann von Vorteil, wenn der Stellantrieb beispielsweise bei einem Netzausfall über ein Handrad mit einem Generator versorgt ist oder wird, da eine Leistung eines solchen Handradantriebs oder handbetriebenen Generators begrenzt ist.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Arretierungselement in der Arretierungsposition und in der Freigabeposition jeweils einen den ersten Permanentmagneten umfassenden magnetischen Kreis schließt. Von Vorteil ist dabei, dass nur ein Permanentmagnet zum Halten in der Freigabeposition und in der Arretierungsposition erforderlich ist. Besonders günstig ist es hierbei, wenn die magnetischen Kreise durch ein Gehäuse der Betätigungseinrichtung und einen ferromagnet ischen Teil des Arretierungselements gebildet sind. Somit ist ein störender Einfluss von außen reduzierbar, und es sind definierte magnetische Kreise bildbar. Bevorzugt ist der jeweils andere magnetische Kreis in der Freigabeposition und/oder in der Arretierungsposition jeweils geöffnet oder unterbrochen. Somit ist dessen Haltekraft jeweils aufhebbar.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Betätigungseinrichtung eine Spulenanordnung mit wenigstens einer Spule aufweist. Von Vorteil ist dabei, dass ein auf das Arretierungselement tatsächlich einwirkendes Magnetfeld veränderbar ist, indem beispielsweise ein elektromagnetisches Feld der wenigstens einen Spule einem Permanentmagnetfeld geeignet überlagert wird. Günstig ist es hierbei, wenn die wenigstens eine Spule einen f erromagnetischen Teil des Arretierungselements in sich aufnimmt. Somit ist mit der Spule eine Kraft auf das Arretierungselement ausübbar. Die Spulenanordnung kann hierbei aus einer einzigen Spule oder aus zwei oder mehr als zwei Spulen gebildet sein.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass ein zweiter Permanentmagnet zur Fixierung des Arretierungselements in der Freigabeposition vorgesehen ist. Somit ist eine sichere Fixierung auch bei einem langen Stellweg zwischen der Freigabeposition und der Arretierungsposition ermöglicht.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass ein elastisches Rückstellelement zur Überführung des Arretierungselements in die Freigabeposition ausgebildet ist. Somit ist eine Spule oder Spulenanordnung zur Überführung geringer dimensionierbar. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass ein, beispielsweise das bereits erwähnte, elastisches Rückstellelement zur Fixierung des Arretierungselements in der Freigabeposition ausgebildet ist. Somit ist eine alternative oder ergänzende Möglichkeit zur stromlosen Fixierung in der Freigabeposition geschaffen.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass ein von dem ersten Permanentmagneten und/oder dem zweiten Permanentmagneten erzeugtes Magnetfeld mit der Betätigungseinrichtung überwindbar und/oder schwäch- oder neutralisierbar ist. Somit ist die Anziehungskraft des oder der Permanentmagneten zur Betätigung des Arretierungselements nutzbar .
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der erste Permanentmagnet an einem ersten Ende der Spulenanordnung und/oder der bereits erwähnte zweite oder ein zweiter Permanentmagnet an einem von dem ersten Ende angewandten , zweiten Ende der Spulenanordnung, beispielsweise der Spule oder einer weiteren Spule, angeordnet ist. Somit ist ein Stellweg zwischen der Freigabeposition und der Arretierungsposition so lang wie die Spulenanordnung, insbesondere wie die Spule oder die beiden Spulen, ausbildbar.
Besonders günstig ist es, wenn jedem Permanentmagneten jeweils eine Spule zugeordnet ist, wobei die Spulen voneinander getrennt bestrombar eingerichtet sein können. Somit hat die Spulenanordnung wenigstens zwei Spulen. Von Vorteil ist dabei, dass eine Überführung des Arretierungselements zwischen der Arretierungsposition und der Freigabeposition definiert ausführbar ist. Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der erste Permanentmagnet zwischen zwei Spulen angeordnet ist. Dies ist besonders dann günstig, wenn nur ein Permanentmagnet verwendet wird. Mit den Spulen sind nach Bedarf auf jeder Seite des Permanentmagneten Anziehungskräfte auf das Arretierungselement einbringbar.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Arretierungselement beweglich durch den ersten Permanentmagneten und/oder durch den zweiten
Permanentmagneten geführt ist. Somit ist eine platzsparende Ausführungsform bereitstellbar.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass ein Magnetfeld des ersten Permanentmagneten bei einer Bestromung der Spule schwächbar oder neutralisierbar ist und ein Magnetfeld des zweiten Permanentmagneten bei einer Bestromung der Spule in umgekehrter Richtung schwächbar oder neutralisierbar ist. Somit ist nur eine Spule erforderlich.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass ein Dipolmoment des ersten Permanentmagneten mit einem Winkel von weniger als 90°, vorzugsweise im Wesentlichen parallel, zu einem Dipolmoment des zweiten Permanentmagneten ausgerichtet ist. Von Vorteil ist dabei, dass die jeweiligen Magnetfelder parallel oder mit einem spitzen Winkel zueinander ausgerichtet sind, so dass die auf das Arretierungselement einwirkenden Magnetfelder der
Permanentmagneten mit . einer Spule wechselseitig schwächbar oder stärkbar sind.
Zur Lösung der Aufgabe von möglicherweise eigenständiger erfinderischer Qualität sind alternativ oder zusätzlich zu dem vorher Beschriebenen die Merkmale des zweiten unabhängigen, auf einen Stellantrieb gerichteten Anspruchs vorgesehen. Insbesondere wird somit erfindungsgemäß zur Lösung der Aufgabe bei einem Stellantrieb der eingangs als zweites beschriebenen Art vorgeschlagen, dass eine Messeinrichtung zur Ermittlung einer Kenngröße des Elektromotors, welche ein momentan entwickeltes Drehmoment charakterisiert, eingerichtet ist, dass eine
Endlagenbestimmungseinheit zur Ermittlung eines
Positionswerts für wenigstens eine Anschlagposition der zwei Anschlagpositionen aus der ermittelten Kenngröße des Elektromotors eingerichtet ist und dass eine Steuereinheit zum Verfahren des Elektromotors in eine von dem ermittelten Positionswert abweichende Position ausgebildet ist. Es ist bekannt, dass ein Stellelement aufgrund von Eigenspannungen oder einer externen Belastung eine Kraft auf das Arretierungselement in der Arretierungsposition einbringen kann, die ein Verklemmen in der Arretierungsposition nach sich ziehen kann. Von Vorteil ist bei der Erfindung, dass ein Verklemmen des Arretierungselements in der Arretierungsposition auf einfache Weise verhinderbar ist, indem das Arretierungselement entlastet wird. Die Betätigungseinrichtung ist somit kleiner dimensionierbar. Bevorzugt ist die Kenngröße ein Motorstrom. Zur Lösung der Aufgabe von möglicherweise eigenständiger erfinderischer Qualität sind alternativ oder zusätzlich zu dem vorher Beschriebenen die Merkmale des dritten unabhängigen, auf einen Stellantrieb gerichteten Anspruchs vorgesehen. Insbesondere wird somit erfindungsgemäß zur Lösung der Aufgabe bei einem Stellantrieb der eingangs als drittes beschriebenen Art vorgeschlagen, dass eine Kontrolleinheit zur Ermittlung einer elektrischen Betriebsgröße des elektrischen Betätigungs-antriebs und zur Ermittlung eines eine momentane Stellposition des Arretierungselements charakterisierenden Information aus der ermittelten Betriebsgröße eingerichtet ist. Von Vorteil ist dabei, dass eine Rückmeldung über das Erreichen der Arretierungsposition und/oder der Freigabeposition generierbar ist. Somit sind sicherheitsgerichtete Stellantriebe bereitstellbar.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Kontrolleinheit zur Messung einer Strom- oder Leistungsaufnahme und/oder einer Induktivität der Betätigungseinrichtung als Betriebsgröße eingerichtet ist. Die Ausgestaltung macht sich zunutze, dass die Betätigungseinrichtung häufig wenigstens eine Spule aufweist, deren elektrische Eigenschaften durch eine Momentanposition des Arretierungselements beeinflusst sind.
Zur Lösung der Aufgabe von möglicherweise eigenständiger erfinderischer Qualität sind alternativ oder zusätzlich zu dem vorher Beschriebenen die Merkmale des vierten unabhängigen, auf einen Stellantrieb gerichteten Anspruchs vorgesehen. Insbesondere wird somit erfindungsgemäß zur Lösung der Aufgabe bei einem Stellantrieb der eingangs als viertes beschriebenen Art vorgeschlagen, dass eine Steuereinheit der Bremse und/oder des Elektromotors aus dem Zwischenkreis gespeist und/oder speisbar ist. Von Vorteil ist dabei, dass nach einem Netzausfall die Steuereinheit noch etwas länger funktionstüchtig haltbar ist. Somit kann beispielsweise bei einem Netzausfall der Stellantrieb mit Energie aus dem bereits erwähnten Zwischenkreiskondensator in eine sichere Position des angesteuerten Stellelements verfahren werden.
Zur Lösung der genannten Aufgabe sind erfindungsgemäß bei dem Verfahren zur Freigabe eines Stellantriebs die Merkmale des nebengeordneten Verfahrensanspruchs vorgesehen. Insbesondere wird somit erfindungsgemäß zur Lösung der genannten Aufgabe bei einem Verfahren zur Freigabe eines Stellantriebs der eingangs beschriebenen Art vorgeschlagen, dass der Elektromotor bei in der Arretierungsposition befindlichem Arretierungselement betätigt wird, dass mittels Überwachung einer ein momentan entwickeltes Drehmoment charakterisierenden Kenngröße des Elektromotors bei der Betätigung ein Positionswert für wenigstens eine Anschlagposition der zwei Anschlagpositionen ermittelt wird, dass der Elektromotor anhand des ermittelten Positionswerts in eine von der Anschlagposition abweichende Position verfahren wird und dass das Arretierungselement in dieser Position des Stellelements in die Freigabeposition bewegt wird. Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zunutze, dass eine Verklemmung dann auftreten kann, wenn das Arretierungselement in einer der beiden Anschlagpositionen des Spiels ist. Mit der Erfindung kann somit einfach vermieden werden, dass das Arretierungselement in einer der Anschlagpositionen ist, wenn es in die Freigabeposition überführt werden soll. Bevorzugt werden Positionswerte für beide Anschlagpositionen ermittelt. Die abweichende Position kann anschließend beispielsweise als Mittelwert der Positionswerte berechnet werden.
Zur Lösung der genannten Aufgabe sind erfindungsgemäß bei dem Verfahren zum Betreiben eines netzversorgten Stellantriebs bei Netzausfall die Merkmale des nebengeordneten Verfahrensanspruchs vorgesehen. Insbesondere wird somit erfindungsgemäß zur Lösung der genannten Aufgabe bei einem Verfahren, zum Betreiben eines netzversorgten Stellantriebs bei Netzausfall der eingangs beschriebenen Art vorgeschlagen, dass bei einem Netzausfall der Zwischenkreis im generatorischen Betrieb des Elektromotors aufgeladen wird und dass eine Steuereinheit einer Bremse und/oder des Elektromotors aus dem Zwischenkreis gespeist wird. Von Vorteil ist dabei, dass eine Energie, beispielsweise eine Bewegungsenergie, die in einer über die Stellelemente gesteuerten Anlage vorhanden ist, bei einem Netzausfall für Überführung der Anlage in einen sicheren Zustand nutzbar
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben, ist aber nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt. Weitere Ausführungsbeispiele ergeben sich durch Kombinationen der Merkmale einzelner oder mehrerer Schutzansprüche untereinander und/oder mit einzelnen oder mehreren Merkmalen der Ausführungsbeispiele.
Es zeigt in stark vereinfachter Form zur Erläuterung der Erfindung
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen
Stellantriebs ,
Fig. 2 eine Arretierungseinrichtung eines Stellantriebs nach Fig. 1 in Arretierungsposition,
Fig. 3 die Arretierungseinrichtung nach Fig. 2 in
Freigabeposition,
Fig. 4 eine alternative Arretierungseinrichtung eines
Stellantriebs nach Fig. 1 mit einer Spule in Freigabeposition,
Fig. 5 eine weitere alternative Arretierungseinrichtung eines Stellantriebs nach Fig. 1 mit zwei Spulen in Freigabeposition
Fig. 6 eine weitere alternative Arretierungseinrichtung eines Stellantriebs nach Fig. 1 mit einem beweglichen Permanentmagneten und permanentmagnetischer Fixierung in beiden Endpositionen,
Fig. 7 eine weitere alternative Arretierungseinrichtung eines Stellantriebs nach Fig. 1 mit einem beweglichen Permanentmagneten und permanentmagnetischer Fixierung in
Arretierungsposition,
Fig. 8 eine weitere alternative Arretierungseinrichtung eines Stellantriebs nach Fig. 1 mit einem beweglichen Permanentmagneten und einer federkraftunterstützten Freigabeposition und eine weitere alternative Arretierungseinrichtung eines Stellantriebs nach Fig. 1 mit einer federkraftgehaltenen Freigabeposition .
Fig. 1 zeigt einen im Ganzen mit 1 bezeichneten erf indungsgemäßen Stellantrieb als Blockschaltbild. Der Stellantrieb 1 hat einen Elektromotor 2, welcher über ein Getriebe 3 ein Stellelement 4 - beispielsweise ein Ventil einer Anlage - betätigt.
Der Stellantrieb 1 hat weiter eine Arretierungseinrichtung 5, mit welcher das Getriebe 3 blockierbar und freigebbar ist. Somit ist das Stellelement 4 arretierbar und freigebbar.
Fig. 2 und Fig. 3 zeigen diese Arretierungseinrichtung 5. Ein Arretierungselement 6 ist in eine Ausnehmung 7 eines beweglichen Teils des Getriebes 3 - beispielsweise eines Zahnrads oder einer Welle - als Gegenstück 8 einführbar, um das Getriebe 3 zu blockieren und so das Stellelement 4 zu arretieren. Fig. 2 zeigt das Arretierungselement 6 in der Arretierungsposition. Wird das Arretierungselement 6 aus der Ausnehmung 7 entfernt, sind das Getriebe 3 und das Stellelement 4 wieder freigegeben. Fig. 3 zeigt das Arretierungselement 6 in der Freigabeposition. Die Arretierungseinrichtung 5 hat eine Betätigungseinrichtung 9, mit welcher das Arretierungselement 6 zwischen der Arretierungsposition und der Freigabeposition überführbar ist . Die Arretierungseinrichtung hat einen ersten
Permanentmagneten 10, der ringförmig ausgebildet ist. In der Arretierungsposition gemäß Fig. 2 ist ein erster magnetischer Kreis 11 gebildet, mit welchem das Arretierungselement 6 in der Arretierungsposition gehalten ist. Der erste magnetische Kreis 11 ist von dem ersten Permanentmagneten 10 erzeugt. Zur Führung des ersten magnetischen Kreises 11 ist das Arretierungselement 6 mit einem ferromagnetischen Teil 12 versehen, welcher den in einem Gehäuse 13 geführten ersten magnetischen Kreis 11 schließt. Ein Entfernen aus der Arretierungsposition würde diesen ersten magnetischen Kreis 11 öffnen. Aus dem hiergegen gerichteten Widerstand des ersten magnetischen Kreises 11 resultiert eine Haltekraft, die das Arretierungselement 6 in der Arretierungsposition hält .
In der Freigabeposition gemäß Fig. 3 ist ein zweiter magnetischer Kreis 14 gebildet, welcher in dem ferromagnetischen Teil 12 und dem Gehäuse 13 verläuft und von dem ersten Permanentmagneten 10 angeworfen ist. Der erste magnetische Kreis 11 aus Fig. 2 ist in der Freigabeposition an dem Luftspalt 15 zwischen dem ferromagnetischen Teil 12 und dem Gehäuse 13 unterbrochen.
Zum Wechsel von der Arretierungsposition in die Freigabeposition weist die Betätigungseinrichtung eine Spulenanordnung 27 mit einer Spule 16 auf. Durch geeignete Bestromung der Spule 16 kann der magnetische Kreis 11 oder dessen Magnetfeld geschwächt oder ganz neutralisiert werden. Der ferromagnetische Teil 12 ist somit nicht mehr in der Arretierungsposition gehalten und ist bestrebt, den zweiten magnetischen Kreis 14 zu schließen. Dies ist durch geeignete Bestromung einer weiteren Spule 17 der Spulenanordnung 27 un erstüt zbar .
Der erste Permanentmagnet 10 ist zwischen diesen Spulen 16, 17 angeordnet. Das Arretierungselement 6 ist mit seinem ferromagnetischen Teil 12 beweglich durch den Permanentmagneten 10 geführt. Der ferromagnetische Teil 12 ist verschiebbar in einem von den Spulen 16, 17 der Spulenanordnung 27 umschlossenen Raum angeordnet.
Zum Wechsel von der Freigabeposition in die Arretierungsposition wird die weitere Spule 17 geeignet bestromt, um den zweiten magnetischen Kreis 14 oder dessen Magnetfeld zu schwächen oder ganz zu neutralisieren und somit dessen Wirkung aufzuheben. Der ferromagnetische Teil 12 ist nun bestrebt, den ersten magnetischen Kreis 11 zu schließen, wodurch das Arretierungselement 6 wieder in die Arretierungsposition gemäß Fig. 2 überführt wird. Dies kann durch geeignete Bestromung der Spule 16 unterstützt werden.
In Fig. 2 ist ersichtlich, dass die Ausnehmung 7 zwei Anschläge 18, 19 für das Arretierungselement 6 bildet. Diese Anschläge 18, 19 sind voneinander weiter beabstandet, als es für ein Einführen des Arretierungselements 6 notwendig wäre. Es ergibt sich somit in der Arretierungsposition ein Spiel, so dass das Gegenstück 8 und somit das Stellelement 4 zwischen zwei Anschlagpositionen fixiert ist. Wird das Gegenstück 8 durch das Stellelement 4 oder anderweitig belastet, so kann der Anschlag 18 oder der Anschlag 19 an dem Arretierungselement 6 anliegen und dieses verklemmen.
Dies kann dazu führen, dass eine von der Betätigungseinrichtung entwickelbare Kraft nicht ausreicht, um das Arretierungselement 6 in die Freigabeposition zu überführen.
Um dies zu vermeiden, wird das Getriebe 3 mit dem Elektromotor 2 zunächst gegen den Anschlag 18 und dann gegen den Anschlag 19 verfahren. Hierbei wird in einer Messeinrichtung 20 eine Kenngröße des Elektromotors 2, welche ein momentan entwickeltes Drehmoment charakterisiert, gemessen. Im vorliegenden Fall ist dies der Motorstrom. Das Erreichen des jeweiligen Anschlags 18, 19 wird in einer Endlagenbestimmungseinheit 21 durch Auswertung der Kenngröße detektiert. In der Endlagenbestimmungseinheit 21 wird jeweils ein Positionswert für die Anschlagpositionen aus dem Motorstrom und einem Messwert eines nicht weiter dargestellten Gebers ermittelt. Anschließend verfährt die Steuereinheit 22, zu welcher die Endlagenbestimmungseinheit 21 gehört, den Elektromotor 2 derart, dass keine der Anschlagpositionen eingenommen ist und dass das Arretierungselement 6 somit in der Aufnahme 7 frei liegt.
In der Arretierungseinrichtung 5 ist eine Kontrolleinheit 24 ausgebildet. Die Kontrol leinhe-it 24 ist zur Ermittlung einer elektrischen Betriebsgröße des elektrischen
Betätigungsantriebs 9 eingerichtet, um eine momentane Stellposition des Arretierungselements 6 aus der ermittelten Betriebsgröße zu ermitteln. Diese Betriebsgröße ist im Ausführungsbeispiel eine Strom- oder Leistungsaufnahme der Betätigungseinrichtung und/oder einer Induktivität der Spule 16. Hierbei wird genutzt, dass die Induktivität der Spule 16 von einer Eintauchtiefe des ferromagnetischen Teils 12 abhängt. Die ermittelte Stellposition wird an die Steuereinheit 22 übermittelt, beispielsweise um eine Rückmeldung über das Erreichen und/oder Verlassen der Freigabeposition und/oder der Arretierungsposition zu geben. Der Elektromotor 2 ist in an sich bekannter Weise aus einem Zwischenkreis mit einem Zwischenkreiskondensator versorgt . Der Stellantrieb 1 weist ferner eine nicht weiter dargestellte Bremse für das angeschlossene Stellelement 4 und/oder den Elektromotor 2 auf. Der Elektromotor 2 und die Bremse werden von der Steuereinheit 22 angesteuert.
Bei einem Netzausfall wird der Elektromotor 2 generatorisch betrieben, um den Zwischenkreiskondensator aufzuladen. Die Steuereinheit 22 wird in diesem Fall aus dem Zwischenkreis gespeist, so dass Steuerungsfunktionen der Steuereinheit 22 länger zur Verfügung stehen, beispielsweise zum Verfahren des Stellelements 4 in eine sichere Position und/oder zum Betätigen der Bremse. Fig; 4 zeigt eine weitere Arretierungseinrichtung 5, mit welcher ein erfindungsgemäßer Stellantrieb 1 gemäß Fig. 1 bildbar ist. Konstruktiv und/oder funktionell zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 bis 3 gleichartige oder identische Bauteile und Funktionseinheiten sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und nicht noch einmal gesondert beschrieben. Die Ausführungen zu den Fig. 1 bis 3 gelten daher zu den Fig. 4 entsprechend.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 und 3 dadurch, dass die Betätigungseinrichtung 9 einen zweiten Permanentmagneten 23 aufweist. Außerdem ist bei dem das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 nur eine Spule 16 in der Spulenanordnung 27 vorhanden.
Der erste Permanentmagnet 10 ist an einem ersten Ende 25 der von der Spule 16 gebildeten Spulenanordnung 27 angeordnet, während der zweite Permanentmagnet 23 an einem zweiten Ende 26 der Spulenanordnung 27 mit der Spule 16, das von dem ersten Ende 25 abgewandt ist, angeordnet ist. Das Arretierungselement 6 ist in dem ringförmigen ersten Permanentmagneten 10 beweglich gelagert.
Der zweite Permanentmagnet 23 hält das Arretierungselement 6 stromlos in der Freigabeposition. Zur Überführung des Arretierungselements 6 aus der Arretierungsposition in die Freigabeposition wird die Spule 16 derart bestromt, dass ein Magnetfeld des ersten Permanentmagneten 10 im Inneren der Betätigungseinrichtung 9 neutralisiert wird. Somit verbleibt ein Magnetfeld des zweiten Permanentmagneten 23, welches das Arretierungselement 6 in die Freigabeposition zieht.
Ein Dipolmoment des ersten Permanentmagneten 10 ist parallel zu einem Dipolmoment des zweiten Permanentmagneten 23 und parallel zu einer Achse der Spule 16 ausgerichtet. Hierdurch wird erreicht, dass eine Bestromung der Spule 16 in einer Stromrichtung das Magnetfeld des ersten Permanentmagneten 10 in der Spule 16 schwächt und gleichzeitig das Magnetfeld des zweiten Permanentmagneten 23 in der Spule 16 unterstützt.
Wird die Stromrichtung umgekehrt, so wird das Magnetfeld des zweiten Permanentmagneten 23 in der Spule 16 geschwächt und gleichzeitig das Magnetfeld des ersten Permanentmagneten 10 in der Spule 16 unterstützt. Somit ist das Arretierungselement 6 aus der Freigabeposition in die Arretierungsposition rückführbar .
Fig. 5 zeigt eine weitere Arretierungseinrichtung 5, mit welcher ein erfindungsgemäßer Stellantrieb 1 gemäß Fig. 1 bildbar ist. Konstruktiv und/oder funktionell zu den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 1 bis 4 gleichartige oder identische Bauteile und Funktionseinheiten sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und nicht noch einmal gesondert beschrieben. Die Ausführungen zu den Fig. 1 bis 4 gelten daher zu den Fig. 5 entsprechend.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 dadurch, dass an der Spulenanordnung 27 eine weitere Spule 17 ausgebildet ist.
Der erste Permanentmagnet 10 ist ein einem ersten Ende 25 der Spulenanordnung 27 aus Spule 16 und weiterer Spule 17 angeordnet, während der zweite Permanentmagnet 23 an einem gegenüberliegenden, zweiten Ende 26 dieser Spulenanordnung 27 angeordnet ist.
Mit der Spule 16 ist eine magnetische Haltekraft des ersten Permanentmagneten 10 auf das Arretierungselement 6 in der 'Arretierungsposition unabhängig von einer Stromrichtung einer Bestromung der Spule bei genügend hohem Strom überwindbar. Das Arretierungselement 6 wird somit durch Bestromung der Spule 16 in die Freigabeposition gezogen. Umgekehrt ist eine Haltekraft des zweiten Permanentmagneten 23 auf das Arretierungselement 6 in der Freigabeposition mit der weiteren Spule 17 überwindbar. Das Arretierungselement 6 kann somit durch Bestromung der weiteren Spule 17 in die Arretierungsposition gezogen werden. Im stromlosen Zustand hält der erste Permanentmagnet 10 das Arretierungselement 6 in der Arretierungsposition bzw. der zweite Permanentmagnet 23 das Arretierungselement 6 in der Freigabeposition .
Fig. 6 zeigt eine weitere Arretierungseinrichtung 5, mit welcher ein erfindungsgemäßer Stellantrieb 1 gemäß Fig. 1 bildbar ist. Konstruktiv und/oder funktionell zu den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 1 bis 5 gleichartige oder identische Bauteile und Funktionseinheiten sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und nicht noch einmal gesondert beschrieben. Die Ausführungen zu den Fig. 1 bis 5 gelten daher zu der Fig. 6 entsprechend.
Fig. 6 zeigt hierbei das Arretierungselement
Freigabeposition .
Die Arretierungseinrichtung 5 gemäß Fig. 6 unterscheidet sich von den vorangegangenen Ausführungsbeispielen dadurch, dass der Permanentmagnet 10 fest mit dem Arretierungselement 6 verbunden und beweglich in der Spule 16 angeordnet ist.
In der gezeigten Freigabeposition kontaktiert der Permanentmagnet 10 einen weiteren ferromagnetischen Teil 28 an dem zweiten Ende 26. Das Arretierungselement 6 ist so in der Freigabeposition stromlos fixiert.
Bei entsprechender Bestromung der Spule 16 wird diese Haltekraft aufgehoben, und der Permanentmagnet 10 wird zum ersten Ende 25 verfahren. Hierdurch wird das Arretierungselement 6 in die Arretierungsposition überführt. An dem ersten Ende 25 kontaktiert der Permanentmagnet 10 den ersten ferromagnet ischen Teil 12, wodurch sich wieder eine Haltekraft ergibt. Selbst wenn die Spule 16 nun stromlos geschaltet wird, fixiert der Permanentmagnet 10 das Arretierungselement 6 in der Arretierungsposition.
Durch eine entgegengesetzte Bestromung der Spule 16 kann das Arretierungselement 6 wieder in die Freigabeposition gemäß Fig. 6 überführt werden. Fig. 7 zeigt eine weitere Arretierungseinrichtung 5, mit welcher ein erfindungsgemäßer Stellantrieb 1 gemäß Fig. 1 bildbar ist. Konstruktiv und/oder funktionell zu den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 1 bis 6 gleichartige oder identische Bauteile und Funktionseinheiten sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und nicht noch einmal gesondert beschrieben. Die Ausführungen zu den Fig. 1 bis 6 gelten daher zu den Fig. 5 entsprechend. Auch in Fig. 7 ist die Freigabeposition des Arretierungselements 6 gezeigt. Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 dadurch, dass die Freigabeposition nur bei bestromter Spule 16 fixiert ist. Sobald die Spule 16 unbestromt ist, wird der bewegliche Permanentmagnet 10 von dem ferromagnetischen Teil 12 angezogen. Somit wird der Permanentmagnet 10 von dem zweiten • Ende 26 zu dem ersten Ende 25 verfahren und das Arretierungselement 6 aus der Freigabeposition in die Arretierungsposition. In der Arretierungsposition ist das Arretierungselement 6 durch die Haltekraft des Permanentmagneten 10 fixiert. Diese Haltekraft wird bei geeigneter Bestromung der Spule 16 überwunden, um das Arretierungselement 6 in die Freigabepositipn zu bringen. Fig. 8 zeigt eine weitere Arretierungseinrichtung 5, mit welcher ein erfindungsgemäßer Stellantrieb 1 gemäß Fig. 1 bildbar ist. Konstruktiv und/oder funktionell zu den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 1 bis 7 gleichartige oder identische Bauteile und Funktionseinheiten sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und nicht noch einmal gesondert beschrieben. Die Ausführungen zu den Fig. 1 bis 7 gelten daher zu den Fig. 8 entsprechend.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 8 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 dadurch, dass zusätzlich ein elastisches Rückstellelement 29, hier eine Rückstellfeder, vorhanden ist. Das Rückstellelement 29 überführt das Arretierungselement 6 bei stromloser Spule in die in Fig. 8 gezeigte Freigabeposition. Die Federkraft ist jedoch in der Regel nicht so stark dimensioniert, dass sie die Haltekraft zwischen dem Permanentmagneten 10 und dem ferromagnet ischen Teil 12 bei direkter Kontakt ierung aufheben kann. Vielmehr ist hier ein unterstützender Stompuls in der Spule 16 nötig, um die Überführung von der Arretierungsposition in die Freigabeposition auszulösen.
Fig. 9 zeigt eine weitere Arretierungseinrichtung 5, mit welcher ein erfindungsgemäßer Stellantrieb 1 gemäß Fig. 1 bildbar ist. Konstruktiv und/oder funktionell zu den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 1 bis 8 gleichartige oder identische Bauteile und Funktionseinheiten sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und nicht noch einmal gesondert beschrieben. Die Ausführungen zu den Fig. 1 bis 8 gelten daher zu den Fig. 9 entsprechend.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 9 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 dadurch, dass ein elastisches Rückstellelement 29 zur Überführung in die gezeigte Freigabeposition vorhanden ist, und von Fig 8 dadurch, dass der weitere ferromagnetische Teil 28 fehlt. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 9 wird somit das Arretierungselement 6 in der Arretierungsposition nur durch den Permanentmagneten 10 fixiert, während es in der Freigabeposition nur mit dem elastischen Rückstellelement 29 f ixiert ist .
Ein Strompuls in der Spule 16 reicht aus, um die Überführung von der Arretierungsposition in die Freigabeposition auszulösen. Bei umgekehrter Bestromung wird das Arretierungselement 6 in die Arretierungsposition überführt.
Bei einem Stellantrieb 1 mit einem Arretierungselement 6 zur Arretierung eines angeschlossenen oder anschließbaren Stellelements 4 wird vorgeschlagen, das Arre ierungselement 6 zumindest in einer Freigabeposition und/oder einer Arretierungsposition permanentmagnetisch zu halten und mit einer elektrischen Betätigungseinrichtung 9 zwischen der Freigabeposition und der Arretierungsposition zu überführen.
/Bezugszeichenliste
Bezugszeichenliste
1 Stellantrieb
2 Elektromotor
3 Getriebe
4 Stellelement
5 Arretierungseinrichtung
6 Arretierungselement
7 Ausnehmung
8 Gegenstück
9 Betätigungseinrichtung
10 erster Permanentmagnet
11 erster magnetischer Kreis
12 ferromagnetischer Teil
13 Gehäuse
14 zweiter magnetischer Kreis
15 Luftspalt
16 Spule
17 weitere Spule
18 Anschlag
19 Anschlag
20 Messeinrichtung
21 Endlagenbestimmungseinheit
22 Steuereinheit
23 zweiter Permanentmagnet
24 Kontrolleinheit
25 erstes Ende
26 zweites Ende
27 Spulenanordnung
28 weiterer ferromagnetischer Teil
29 elastisches Rückstellelement
/ Ansprüche

Claims

Ansprüche
Stellantrieb (1) , insbesondere Vent ilbetätiger , mit einem Elektromotor (2) , der zur Betätigung eines Stellelements (4) ausgebildet ist, und mit einer Arretierungseinrichtung (5) , die ein Arretierungselement (6) zur Arretierung des Stellelements (4) aufweist, wobei das Arretierungselement (6) zwischen einer Arretierungsposition und einer Freigabeposition bewegbar ist, wobei eine vorzugsweise elektromagnetische Betätigungseinrichtung (9) zur Überführung des
Arretierungselements (6) zwischen der
Arretierungsposition und der Freigabeposition ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Permanentmagnet (10) zur Fixierung des
Arretierungselements (6) in der Arretierungsposition angeordnet ist.
Stellantrieb (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Arretierungselement (6) in der Freigabeposition permanetmagnet isch gehalten ist und/oder dass das Arretierungselement (6) in der Arretierungsposition und in der Freigabeposition jeweils einen den ersten Permanentmagneten (10) umfassenden magnetischen Kreis (11, 14) schließt, insbesondere wobei die magnetischen Kreise (11, 14) durch ein Gehäuse (13) der Betätigungseinrichtung (9) und einen ferromagnet ischen Teil (12) des Arretierungselements (6) gebildet sind.
Stellantrieb (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung (9) eine Spulenanordnung (27) mit wenigstens einer Spule (16) aufweist, insbesondere wobei die Spulenanordnung (27) einen ferromagnet ischen Teil (12) des Arretierungselements (6) in sich aufnimmt.
Stellantrieb (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Permanentmagnet (23) zur Fixierung des Arretierungselements (6) in der Freigabeposition vorgesehen ist und/oder dass ein elastisches Rückstellelement (29) zur Überführung des Arretierungselements (6) in die Freigabeposition und/oder zur Fixierung des Arretierungselements (6) in der Freigabeposition ausgebildet ist.
Stellantrieb (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein von dem ersten Permanentmagneten (10) und/oder dem zweiten
Permanentmagneten (23) erzeugtes Magnetfeld mit der Betätigungseinrichtung (9) überwindbar und/oder schwäch- oder neutralisierbar ist
Stellantrieb (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Permanentmagnet (10) an einem ersten Ende (25) der Spulenanordnung (27) und/oder der zweite oder ein zweiter Permanentmagnet (23) an einem von dem ersten Ende (25) abgewandten, zweiten Ende (26) der Spulenanordnung (27) angeordnet ist oder dass der erste Permanentmagnet (10) zwischen zwei Spulen (16, 17) der Spulenanordnung (27) angeordnet ist .
Stellantrieb (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Permanentmagneten (10, 23) jeweils eine Spule (16, 17) zugeordnet ist, insbesondere wobei die Spulen (16, 17) voneinander getrennt bestrombar eingerichtet sind.
Stellantrieb (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Arretierungselement (6) beweglich durch den ersten Permanentmaneten (10) und/oder durch den zweiten Permanentmagneten (23) geführt ist.
Stellantrieb (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Magnetfeld des ersten Permanentmagneten (10) bei einer Bestromung der Spule (16) schwächbar oder neutralisierbar ist und ein Magnetfeld des zweiten Permanentmagneten (23) bei einer Bestromung der Spule (16) in umgekehrter Richtung schwächbar oder neutralisierbar ist und/oder dass ein Dipolmoment des ersten Permanentmagneten (10) mit einem Winkel von weniger als 90°, vorzugsweise im Wesentlichen parallel, zu einem Dipolmoment des zweiten Permanentmagneten (23) ausgerichtet ist
Stellantrieb (1), insbesondere Ventilbetätiger und/oder nach einem der Ansprüche 1 bis 9, mit einem Elektromotor
(2), der zur Betätigung eines Stellelements (4) ausgebildet ist, und mit einer Arretierungseinrichtung
(5) , die ein Arretierungselement (6) zur Arretierung des Stellelements (4) aufweist, wobei das
Arretierungselement (6) zwischen einer
Arretierungsposition und einer Freigabeposition bewegbar ist, wobei das Arretierungselement (6) in der Arretierungsposition mit einem Gegenstück (8) zur Arretierung des Stellelements (4) derart zusammenwirkt, dass das Stellelement (4) zwischen zwei
Anschlagpositionen, die im Sinne eines Spiels durch das Arretierungselement (6) und/oder das Gegenstück (8) vorgegeben sind, fixiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Messeinrichtung (20) zur Ermittlung einer Kenngröße des Elektromotors (2), welche ein momentan entwickeltes Drehmoment charakterisiert, insbesondere eines Motorstroms, eingerichtet ist, dass eine Endlagenbestimmungseinheit (21) zur Ermittlung eines Positionswerts für wenigstens eine Anschlagposition der zwei Anschlagpositionen aus der ermittelten Kenngröße des Elektromotors (2) eingerichtet ist und dass eine Steuereinheit (22) zum Verfahren des Elektromotors (2) in eine von dem ermittelten Positionswert abweichende Position ausgebildet ist.
Stellantrieb (1), insbesondere Ventilbetät iger und/oder nach einem der Ansprüche 1 bis 10, mit einem Elektromotor (2), der zur Betätigung eines Stellelements
(4) ausgebildet ist, und mit einer
Arretierungseinrichtung (5) , die ein Arretierungselement
(6) zur Arretierung des Stellelements (4) aufweist, wobei das Arretierungselement (6) zwischen einer Arretierungsposition und einer Freigabeposition mit einer elektrischen Betätigungseinrichtung (9) bewegbar ist, wobei das Stellelement (4) in der Arretierungsposition durch das Arretierungselement (6) fixiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kontrolleinheit (24) zur Ermittlung einer elektrischen Betriebsgröße der elektrischen Betätigungseinrichtung
(9) und zur Ermittlung eines eine momentane Stellposition des Arretierungselements (6) charakterisierenden Information aus der ermittelten Betriebsgröße eingerichtet ist.
Stellantrieb (1) nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrolleinheit (24) zur Messung einer Strom- oder Leistungsaufnahme und/oder einer Induktivität der Betätigungseinrichtung (9) als Betriebsgröße eingerichtet ist. Stellantrieb (1) , insbesondere Ventilbetätiger und/oder nach einem der Ansprüche 1 bis 12, mit einem aus einem Zwischenkreis gespeisten Elektromotor (2) zur Betätigung eines Stellelements (4) und mit einer Bremse, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit (22) der Bremse und/oder des Elektromotors (2) aus dem Zwischenkreis gespeist und/oder speisbar ist.
Verfahren zur Freigabe eines Stellantriebs (1), insbesondere Ventilbetätigers und/oder Stellantriebs (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein Arretierungselement (6) aus einer Arretierungsposition, in welcher es mit einem Gegenstück (8) zur Arretierung eines mit einem Elektromotor (2) betätigbaren Stellelements (4) derart zusammenwirkt, dass das Stellelement (4) zwischen zwei Anschlagpositionen, die im Sinne eines Spiels durch das Arretierungselement (6) und/oder das Gegenstück (8) vorgegeben sind, fixiert wird, in eine Freigabeposition bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (2) bei in der Arretierungsposition befindlichem Arretierungselement (6) betätigt wird, dass mittels Überwachung einer ein momentan entwickeltes Drehmoment charakterisierenden Kenngröße des Elektromotors (2) bei der Betätigung ein Positionswert für wenigstens eine Anschlagposition der zwei Anschlagpositionen ermittelt wird, dass der Elektromotor (2) anhand des ermittelten Positionswerts in eine von der Anschlagposition abweichende Position verfahren wird und dass das Arretierungselement (6) in dieser Position des Stellelements (4) in die Freigabeposition bewegt wird.
Verfahren zum Betreiben eines netzversorgten Stellantriebs (1), insbesondere Ventilbetätigers, bei Netzausfall, wobei ein Elektromotor (2) des Stellantriebs im Normalbetrieb über einen Zwischenkreis aus einem Netz gespeist wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Netzausfall der Zwischenkreis im generatorischen Betrieb des Elektromotors (2) aufgeladen wird und dass eine Steuereinheit (22) einer Bremse und/oder des Elektromotors (2) aus dem Zwischenkreis gespeist wird.
/ Zusammenfassung
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