WO2017194407A1 - Stellvorrichtung - Google Patents

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WO2017194407A1
WO2017194407A1 PCT/EP2017/060779 EP2017060779W WO2017194407A1 WO 2017194407 A1 WO2017194407 A1 WO 2017194407A1 EP 2017060779 W EP2017060779 W EP 2017060779W WO 2017194407 A1 WO2017194407 A1 WO 2017194407A1
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adjusting
sensor device
magnetic
actuator
arrangement
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PCT/EP2017/060779
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English (en)
French (fr)
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Arnold KRONE
Bernd Beuth
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Festo SE and Co KG
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Ceased legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/142—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices
    • G01D5/145—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices influenced by the relative movement between the Hall device and magnetic fields

Definitions

  • the invention relates to an adjusting device with a
  • the drive device comprises a displaceable along a straight line positioning arrangement comprising a control body and a rotatably mounted on the actuating body magnetic
  • the monitoring device comprises a sensor device which serves to detect at least one position of the magnetic actuating element along the movement line.
  • the drive device act around a process valve assembly, the drive device as a valve drive and as
  • Monitoring device comprises a valve control head, and also having a valve fitting.
  • Monitoring device can also be designed as a positioner and / or electrical feedback unit.
  • Valve drive serves by means of displacement of the
  • Stellan extract which is formed for example as a piston assembly, the position of a valve member of the
  • Adjust valve fitting By the above-mentioned sensor device takes place a position detection of the provided on the actuating arrangement magnetic actuator. From the position of the actuator can be closed to the position of the valve member. In the case of the adjusting device mentioned at the outset, the problem may arise that the rotational position of the actuating element changes relative to the sensor device. This can lead to a decrease in the accuracy with which the sensor device detects the position of the actuating element.
  • the magnetic sensor system includes a number of
  • Magnetic field sensors distributed along a longitudinal axis.
  • the valve stem is rotatable on one
  • Valve foot coupled and includes a magnetic carrier. On the magnetic carrier, a magnetic field source is arranged. To align the magnetic field source with a predetermined angular position relative to the magnetic field sensors, is
  • Valve stem provided a square control, which is slidably coupled to a longitudinal index slot in the housing. In this way it is prevented that the rotational position of the magnetic field source relative to the
  • Alignment arrangement which is arranged such that the actuating element assumes a predetermined rotational position relative to the sensor device due to a magnetic interaction between the actuating element and the alignment arrangement.
  • the monitoring device is in particular removably attached to the drive device.
  • rotational position means, in particular, a rotational alignment of the actuating element about the straight line of movement or about a rotational axis parallel to the straight line of movement.
  • the actuating element is relative to the actuating body to the movement line or a to
  • the sensor device serves to at least one position of the actuating element based on a
  • the sensor device is preferably a magnetic sensor device, such as a
  • the sensor device is in particular elongated.
  • the sensor device provides a signal that depends on which
  • the signal provided thus depends in particular on the position of the actuating element along the movement line.
  • the signal provided may, for example, an impedance, preferably a
  • the signal provided may be feedback in the form of an electrical signal, for example an electrical signal
  • the sensor device is used to detect at least one position of the actuating element along the movement line.
  • Position about an end position of the actuating arrangement By means of the sensor device can preferably also two or more Positions, such as two end positions of the actuator assembly are detected. Furthermore, the
  • Displacement sensor to detect the position of the actuating element continuously along the movement line.
  • this includes
  • Control element a permanent magnet.
  • the control element is designed as a ring magnet or as a bar magnet.
  • control element is designed as a ring magnet, it can be aligned, for example, with its axis of symmetry parallel to the straight line of movement and can be magnetized diametrically-that is, perpendicular to the symmetry axis. If the control element is designed as a bar magnet, then this can, for example, with its axis of symmetry perpendicular to
  • the alignment arrangement is designed as a rod-shaped ferromagnet.
  • An alignment assembly of ferromagnetic material causes the magnetic actuator to align relative to the alignment assembly.
  • the actuator is oriented in such a way that the Alignment arrangement is located in a range of maximum flux density of the magnetic field of the actuating element. In this way, a specific orientation of the actuator can be set.
  • Alignment arrangement and / or the sensor device formed elongated and extend parallel to the movement line.
  • Rotary position of the actuating element can be ensured relative to the sensor device over a certain range along the movement line.
  • the adjusting device has an elongate support structure which at least partially surrounds the adjusting element and whose longitudinal axis is aligned parallel to the straight line of movement.
  • the support structure is substantially
  • At least part of the actuating arrangement namely the part which comprises the actuating element, is in the carrier structure
  • the alignment arrangement is, for example, cylindrical and accordingly provided in a receptacle designed as a cylindrical groove.
  • the sensor device is for example strip-shaped or plate-shaped and arranged in a suitably designed receiving chamber.
  • the polar direction of the magnetic field generated by the actuator is non-parallel
  • Flux density of the magnetic field generated by the actuator can be penetrated. This is for both
  • Control element advantageous.
  • Sensor device of the alignment arrangement arranged opposite, so that a running through the sensor device and the aligning line preferably crosses the straight line of movement.
  • the senor device and the
  • the drive device comprises, for example, a
  • the monitoring device comprises
  • a valve control head For example, a valve control head, a positioner and / or an electrical feedback unit.
  • the adjusting device may further comprise a valve fitting with a valve member which is coupled to the adjusting arrangement, so that the position of the valve member is adjustable by moving the adjusting arrangement along the movement straight line.
  • the actuator body may comprise a piston assembly having a shaft portion, wherein the actuator is preferably disposed at a distal end of the shaft portion.
  • Figure 1 is a perspective view of a
  • FIG. 2 is a sectional view of that in FIG. 1
  • FIG. 3 shows a perspective view of a distal end of an actuating arrangement and a carrier structure
  • FIG. 4 is a sectional view of the distal end of FIG.
  • Figure 5 is a plan view of the distal end of
  • FIGS 1 and 2 show an adjusting device 1, which comprises a drive device 2, a monitoring device 3 and an adjusting device 4.
  • the adjusting device 1 is exemplary as
  • the drive device 2 is exemplified as a valve drive 12, the monitoring device 3 as an example
  • Valve control head 13 and the adjusting device 4 exemplarily designed as a valve fitting 14.
  • the adjusting device 1 serves to a not shown in the figures actuator of the adjusting device 4 between
  • the actuator is a valve member that serves to influence the flow of a fluid flowing through the actuator 4.
  • the actuator is a valve member that serves to influence the flow of a fluid flowing through the actuator 4.
  • the actuator assembly 5 comprises a control body 10, the one
  • Piston assembly 15 and a shaft portion 36 has.
  • the piston assembly 15 comprises a piston 6 and a
  • Piston rod 7 The actuator is mechanically coupled to the actuator assembly 5; Preferably, the actuator is attached to the actuator assembly 5. That way that can
  • Actuator be changed by a movement of the actuator assembly 5 in its position.
  • the positioning assembly 5 is displaceable along a movement line 8 shown in FIG.
  • the adjusting arrangement 5 extends in the direction of the movement straight line 8.
  • the monitoring device 3 serves to detect at least one position of the adjusting arrangement 5 along the straight line 8. Due to the coupling between the
  • Actuator 5 and the actuator can be closed from the position of the actuator assembly 5 to the position of the actuator.
  • the adjusting arrangement 5 comprises a magnetic adjusting element 16, which is rotatably mounted on the adjusting body 10.
  • the adjusting element 16 is rotatably mounted about the straight line 8.
  • the magnetic actuator 16 generates a
  • the monitoring device 3 has a sensor device 9.
  • the sensor device 9 responds to that of the
  • magnetic actuator 16 generated magnetic field and provides a signal from which at least one
  • Position of the adjusting element 16 along the movement line 8 can be closed.
  • the sensor device 9 is
  • an impedance preferably an electrical resistance
  • the signal is, for example, an electrical signal, in particular a voltage signal.
  • the adjusting element 16 In order to be able to detect the position of the adjusting element 16 as accurately as possible, it is desirable for the adjusting element 16 to have a predetermined rotational position relative to the sensor device 9.
  • the actuator is perpendicular to the movement line 8 magnetized - that is, the magnetization of the Control element is not circular symmetrical to the movement line 8. Consequently, when the rotational position of the actuating element 16 changes relative to the sensor device 9, the magnetic field experienced by the sensor device 9 also changes.
  • a predetermined rotational position of the actuating element 16 relative to the sensor device 9 can not be readily ensured in the rule, since the actuator body 10 is typically subject to certain rotational movements, which cause the piston assembly 15 relative to the
  • Adjusting element 16 relative to the sensor device 9 achieved in that the monitoring device 3 comprises a magnetic alignment assembly 17, which due to a
  • Rotary position relative to the sensor device 9 occupies. In this way, a precise position detection can be ensured.
  • Actuator 10 causes the actuator 16 is rotatably decoupled from the actuator body 10, so that for
  • the adjusting element 16 is not the entire actuator body 10 must be aligned, and in particular, no torques acting on the adjusting body 10 must be overcome.
  • Adjusting device 1 will be explained in more detail. Subsequently, the individual components of the adjusting device 1 are discussed in detail.
  • the actuator 1 has an elongated basic shape.
  • the straight line 8 runs parallel to the longitudinal axis of this basic shape.
  • the direction of the longitudinal axis of the basic shape of the adjusting device 1 or the direction of the movement line 8 will be referred to below as the axial direction.
  • the drive device 2 has a cylindrical
  • the main body 18 has at its two end faces the lid 23 and 24.
  • a cylindrical piston chamber 25 is provided which is bounded in the axial direction by the two covers 23 and 24.
  • Piston chamber 25 is the piston assembly 15 with the piston 6 and the piston rod 7 in the direction of the movement line. 8
  • the piston 6 divides the
  • the drive device 2 is a single-acting cylinder. In the figure 2 is a
  • Return spring 31 schematically indicated in the chamber 27.
  • the return spring 31 sets the piston 6 in a rest position.
  • the chamber 27 may also be formed as a pressure chamber and be pressurized to drive the piston 6 with pressure.
  • the chamber 27 may also be formed as a pressure chamber and be pressurized to drive the piston 6 with pressure.
  • Drive device 2 is a double-acting cylinder.
  • Compression / decompression of the return spring 31 leads, is additionally offset by the return spring 31 in a rotational movement about the axial direction of the actuating assembly 5, so that the actuating assembly 5 rotates by several angular seconds. This aspect reinforces the problem that the
  • the described piston assembly 15 is part of
  • the actuator assembly 5 is elongated and aligned in the axial direction of the base body 18.
  • Monitoring device 3 comprises a first cylindrical housing portion 20, which is approximately the same diameter as the cylindrical base body 18 of the drive device. 2 and is mounted in coaxial alignment with the base body 18.
  • the drive device 2 and / or the monitoring device 3 is configured such that the monitoring device 3 in any
  • the monitoring device 3 can be attached to the drive device 2 in any desired rotational orientation.
  • the aforementioned rotational orientation of the monitoring device 3 relates in particular to the course of movement 8.
  • the first cylindrical housing portion 20 has a
  • Base plate 21 which faces the drive device 2, and from which a substantially hollow cylindrical support structure 22 in the direction away from the
  • the support structure 22 is in the axial direction of the main body 18 and the first
  • Housing portion 20 aligned.
  • the first cylindrical housing portion 20 has, in the region of its end face remote from the drive device 2, a circumferential collar 28 on which a second cylindrical housing section, not shown in the figures, can be attached, in order to join the first cylindrical housing section
  • Housing portion 20 to form a housing In the figure 2 is also an example
  • Control valve assembly 29 shown which protrudes in the axial direction of the first housing portion 20 from this.
  • Control valve assembly 29 can be connected via a provided on the outside of the first housing portion 20 fluid port 33 to a pressure source and is
  • the shaft section 36 extends into the support structure 22.
  • the shaft portion 36 is preferably cylindrical.
  • the magnetic actuator 16 is attached.
  • the magnetic actuating element 16 can in principle also be attached to any other region of the actuating body 10 or of the shaft section 36 within the carrier structure 22.
  • the sensor device 9 and the alignment assembly 17 are attached on the support structure 22, the sensor device 9 and the alignment assembly 17 are attached.
  • the sensor device 9 and the alignment arrangement 17 are elongated and aligned parallel to the movement line 8 and to the axial direction.
  • the sensor device 9 and the alignment arrangement 17 are elongated and aligned parallel to the movement line 8 and to the axial direction.
  • Alignment arrangement 17 are in the same axial region of the Carrier structure 22 provided; namely in that axial region in which the actuating element 16 is also in operation.
  • the sensor device 9 and the alignment assembly 17 are at a distal end of the
  • Carrier structure 22 is arranged.
  • the stroke of the actuator assembly 5 is limited by the piston chamber 25. This also results in a limited axial region within the support structure 22, in which the actuator 16 may be located. Preferably, in this axial region, the sensor device 9 and the
  • Alignment arrangement 17 is provided so that the position of the adjusting element 16 can be detected over the entire stroke of the adjusting arrangement 5.
  • Alignment arrangement 17 are aligned parallel to the movement line 8, remain the distances between the
  • Alignment assembly 17 constant as long as the
  • Actuator 16 is located in said axial region along the movement line 8, in which the sensor device 9 and the alignment assembly 17 are provided.
  • valve fitting 14 actuating device 4 On the monitoring device 3 facing away from the end face of the drive device 2 is formed as a valve fitting 14 actuating device 4.
  • actuator assembly 5 led out actuator assembly 5 is connected to an actuator, not shown, the actuator 4.
  • FIG. 3 shows a perspective detail view of the distal end 30 of the adjusting arrangement 5 and the carrier structure 22 shown in FIG. 1.
  • FIG. 4 shows a Section view of the distal end 30 of the actuator assembly 5 and the support structure 22nd
  • the adjusting arrangement 5 has at its distal end 30 the adjusting element 16, which is rotatably mounted on the adjusting body 10.
  • the adjusting body 10 has a
  • Magnetic holder 34 which at a distal end of
  • Shank portion 36 of the actuator 10 is attached.
  • a cylindrical attachment portion 35 is provided, which has a smaller diameter than the shaft portion 36 and to which the magnet holder 34 is screwed.
  • Actuator 16 rotatably mounted.
  • the actuator 16 is in the example shown as an annular permanent magnet
  • Shank portion 36 is arranged.
  • the adjusting element 16 may be rotatably supported in a different manner to the magnet holder 34 and the shaft portion 36.
  • the adjusting element 16 can also be mounted in a rotationally movable manner relative to the magnet holder 34 or the shaft section 36 by means of a roller bearing, in particular a ball bearing.
  • the actuator 16 is secured by an annular disc 37 and a nut 38 to the magnet holder 34.
  • the annular disc 37 has on its the actuating element 16 side facing an inner annular projection 42 and an outer annular projection 43.
  • the inner annular projection 42 adjoins the annular opening of the annular disc 37 and is supported on an annular shoulder 44 provided on the cylindrical projection 41.
  • the projection 42 does not touch the adjusting element 16.
  • the outer annular projection 43 has a larger radius than the inner annular projection 42 and has a slight play on the adjusting element 16.
  • annular projection 43 is in the axial direction of the
  • Actuator 5 relative to the inner annular projection 41 dimensioned such that the contact pressure of the nut 38 acts mainly on the annular shoulder 44 and not on the actuator 16. In this way, the nut can be tightened without the rotatable mounting of the actuating element 16 is substantially impaired.
  • FIG. 5 shows a view from above onto the distal end 30 of the actuating arrangement 5 and the support structure 22.
  • the support structure 22 has the basic shape of a hollow cylinder or a cylinder jacket, wherein a peripheral portion of the hollow cylinder or
  • Cylinder jacket is open or missing. Outside at the
  • Carrier structure 22 are exemplarily different mechanical Attachment interfaces 45 are provided to which other components can be attached.
  • the support structure 22 has a first receptacle 39 in which the sensor device 9 is accommodated.
  • the sensor device 9 has a rectangular cross-section, and the first receptacle 39 is formed in correspondence thereto.
  • the first receptacle 39 has a substantially L-shaped
  • Round cord seal 47 is provided which presses the sensor device 9 in the receptacle 39 and fixed so non-positively.
  • the sensor device 9 is provided in a first rectangular section of the L-shaped cross section and the round cord seal 47 is in a second rectangular
  • Section of the L-shaped cross-section provided.
  • the sensor device 9 is oriented in such a way that its normal vector crosses the longitudinal axis of the positioning arrangement 5 or the movement line 8.
  • the sensor device 9 opposite is the
  • Alignment assembly 17 is provided, which is housed in a second receptacle 40 of the support structure 22.
  • the alignment arrangement 17 is rod-shaped.
  • the second receptacle 40 is accordingly designed as a cylindrical groove.
  • the second receptacle 40 is designed to be open towards the positioning arrangement 5. In this way, the
  • Alignment arrangement 17 may be arranged as close as possible to the adjusting element 16, so that the on the adjusting element 16th
  • the first and second receptacles 39 and 40 each open in an end face of the distal end 30 of the support structure 22.
  • the alignment assembly 17 is opposite to the
  • Alignment assembly 17 takes the actuator 16 a
  • Sensor device 9 of the other magnetic pole (in the example shown, the south pole "S") . This ensures that the sensor device is in the region of one of the poles and thus penetrated by a magnetic field region with maximum flux density.
  • control unit To connect control unit and / or from the
  • Sensor device 9 read signals generated. Is the Sensor device 9 designed as a magnetic film potentiometer, so the interface and / or
  • Processing unit 46 serve to read the impedance or the electrical resistance of the film potentiometer. This happens, for example, by means of an electrical signal, preferably a voltage signal.

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Abstract

Die Erfindung betriffteine Stellvorrichtung (1; 11) mit einer Antriebseinrichtung (2; 12) und einer Überwachungseinrichtung (3), wobei die Antriebseinrichtung (2) eine entlang einer Bewegungsgeraden (8) verschiebbare Stellanordnung (5) umfasst, die einen Stellkörper (10) und ein am Stellkörper (10) drehbar gelagertes magnetisches Stellelement (16) aufweist, und wobei die Überwachungseinrichtung (3) eine Sensoreinrichtung (9) umfasst, die dazu dient, wenigstens eine Position des magnetischen Stellelements (16) entlang der Bewegungsgeraden (8) zu erfassen. Erfindungsgemäß weist die Überwachungseinrichtung (3) eine magnetische Ausrichtungsanordnung (17) auf, die derart angeordnet ist, dass das Stellelement (16) aufgrund einer magnetischen Wechselwirkung zwischen dem Stellelement (16) und der Ausrichtungsanordnung (17) eine vorbestimmte Drehstellung relativ zur Sensoreinrichtung (9) einnimmt.

Description

Stellvorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Stellvorrichtung mit einer
Antriebseinrichtung und einer Überwachungseinrichtung, wobei die Antriebseinrichtung eine entlang einer Bewegungsgeraden verschiebbare Stellanordnung umfasst, die einen Stellkörper und ein am Stellkörper drehbar gelagertes magnetisches
Stellelement aufweist, und wobei die Überwachungseinrichtung eine Sensoreinrichtung umfasst, die dazu dient, wenigstens eine Position des magnetischen Stellelements entlang der Bewegungsgeraden zu erfassen.
Bei der genannten Stellvorrichtung kann es sich
beispielsweise um eine Prozessventilbaueinheit handeln, die als Antriebseinrichtung einen Ventilantrieb und als
Überwachungseinrichtung einen Ventilsteuerkopf umfasst, und die zudem eine Ventilarmatur aufweist. Die
Überwachungseinrichtung kann auch als Positioner und/oder elektrische Rückmeldeeinheit ausgebildet sein. Der
Ventilantrieb dient dazu, mittels Verschiebung der
Stellanordnung, die beispielsweise als Kolbenanordnung ausgebildet ist, die Stellung eines Ventilglieds der
Ventilarmatur einzustellen. Durch die vorstehend genannte Sensoreinrichtung erfolgt eine Positionserfassung des an der Stellanordnung vorgesehenen magnetischen Stellelements. Aus der Position des Stellelement kann auf die Stellung des Ventilglieds geschlossen werden. Bei der eingangs genannten Stellvorrichtung kann das Problem auftreten, dass sich die Drehstellung des Stellelements relativ zur Sensoreinrichtung ändert. Dies kann dazu führen, dass die Genauigkeit abnimmt, mit der die Sensoreinrichtung die Position des Stellelements erfasst.
Aus der EP 2792 919 AI ist ein magnetisches Sensorsystem zur Erfassung einer Verschiebung eines Ventilschafts bekannt. Das magnetische Sensorsystem umfasst eine Reihe von
Magnetfeldsensoren, die entlang einer longitudinalen Achse verteilt sind. Der Ventilschaft ist drehbar an einem
Ventilfuß gekoppelt und umfasst einen magnetischen Träger. An dem magnetischen Träger ist eine Magnetfeldquelle angeordnet. Um die Magnetfeldquelle auf eine vorgegebene Winkelposition relativ zu den Magnetfeldsensoren auszurichten, ist am
Ventilschaft ein eckiges Steuerelement vorgesehen, das verschiebbar an einen longitudinalen Indexschlitz im Gehäuse gekoppelt ist. Auf diese Weise wird verhindert, dass sich die Drehstellung der Magnetfeldquelle relativ zu den
Magnetfeldsensoren ändert.
Problematisch an diesem aus dem Stand der Technik bekannten Sensorsystem ist, dass bei der Montage des Sensorsystems das Steuerelement relativ zum Indexschlitz ausgerichtet werden muss, so dass es in den Indexschlitz eingeführt werden kann. Dies ist insbesondere in einem schwierigen Einbauumfeld umständlich und kann bei unsachgemäßer Handhabung zur
Beschädigung der in Eingriff zu bringenden Komponenten führen .
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, die eingangs genannte Stellvorrichtung dahingehend zu
modifizieren, dass eine hohe Genauigkeit der Positionserfassung gewährleistet wird, ohne dass die Montage der Stellvorrichtung erschwert wird.
Diese Aufgabe wird mit den im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Erfindungsgemäß weist die
Überwachungseinrichtung eine magnetische
Ausrichtungsanordnung auf, die derart angeordnet ist, dass das Stellelement aufgrund einer magnetischen Wechselwirkung zwischen dem Stellelement und der Ausrichtungsanordnung eine vorbestimmte Drehstellung relativ zur Sensoreinrichtung einnimmt .
Die Ausrichtung des Stellelements in seiner Drehstellung relativ zur Sensoreinrichtung wird durch eine magnetische Wechselwirkung bewirkt und erfolgt somit berührungslos. Aus diesem Grund ist es im Gegensatz zum genannten Stand der Technik nicht nötig, bei der Montage eine manuelle
Ausrichtung des Stellelements vorzunehmen - der
Montageaufwand wird daher durch die beschriebenen Maßnahmen nicht erhöht. Gleichzeitig wird durch die erfindungsgemäße Ausrichtungsanordnung erreicht, dass das Stellelement eine vorbestimmte Drehstellung relativ zur Sensoreinrichtung einnimmt, so dass eine gute Genauigkeit bei der
Positionserfassung gewährleistet werden kann.
Die Überwachungseinrichtung ist insbesondere abnehmbar an der Antriebseinrichtung angebracht .
Mit dem Begriff Drehstellung ist in diesem Zusammenhang insbesondere eine Drehausrichtung des Stellelements um die Bewegungsgerade oder um eine zur Bewegungsgeraden parallele Drehachse gemeint. Vorzugsweise ist das Stellelement relativ zum Stellkörper um die Bewegungsgerade oder um eine zur
Bewegungsgeraden parallele Drehachse drehbar gelagert. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche .
Vorzugsweise dient die Sensoreinrichtung dazu, die wenigstens eine Position des Stellelements basierend auf einer
magnetischen Wechselwirkung zwischen dem Stellelement und der Sensoreinrichtung zu erfassen.
Das von dem Stellelement erzeugte Magnetfeld dient damit zwei verschiedenen Zwecken - zum einen dient es dazu, die
vorbestimmte Drehstellung des Stellelements relativ zur
Sensoreinrichtung zu gewährleisten, und zum anderen dient es dazu, die Position des Stellelements zu erfassen.
Bei der Sensoreinrichtung handelt es sich vorzugsweise um eine Magnetsensoreinrichtung, wie beispielsweise ein
magnetisches Folienpotentiometer. Die Sensoreinrichtung ist insbesondere länglich ausgebildet. Die Sensoreinrichtung stellt ein Signal bereit, das davon abhängt, an welcher
Stelle die Sensoreinrichtung von dem Magnetfeld des
Stellelements durchdrungen wird. Das bereitgestellte Signal hängt damit insbesondere von der Position des Stellelements entlang der Bewegungsgeraden ab. Das bereitgestellte Signal kann beispielsweise eine Impedanz, vorzugsweise einen
elektrischen Widerstand, anzeigen. Ferner kann es sich bei dem bereitgestellten Signal um eine Rückmeldung in Form eines elektrischen Signals, beispielsweise einer elektrischen
Spannung handeln.
Die Sensoreinrichtung dient dazu, wenigstens eine Position des Stellelement entlang der Bewegungsgeraden zu erfassen. Vorzugsweise handelt es sich bei der wenigstens einen
Position um eine Endlage der Stellanordnung. Mittels der Sensoreinrichtung können vorzugsweise auch zwei oder mehr Positionen, wie beispielsweise zwei Endlagen der Stellanordnung erfasst werden. Ferner kann die
Sensoreinrichtung auch dazu dienen, in der Art eines
Wegsensors die Position des Stellelements kontinuierlich entlang der Bewegungsgeraden zu erfassen.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst das
Stellelement einen Permanentmagneten. Insbesondere ist das Stellelement als Ringmagnet oder als Stabmagnet ausgebildet.
Die Verwendung eines Permanentmagneten stellt eine einfache und praktische Möglichkeit dar, um das Magnetfeld
bereitzustellen, das für die Ausrichtung des Stellelements und für die Positionserfassung des Stellelements benötigt wird. Ist das Stellelement als Ringmagnet ausgebildet, so kann dieser beispielsweise mit seiner Symmetrieachse parallel zur Bewegungsgeraden ausgerichtet sein und diametrisch - also senkrecht zur Symmetrieachse - magnetisiert sein. Ist das Stellelement als Stabmagnet ausgebildet, so kann dieser beispielsweise mit seiner Symmetrieachse senkrecht zur
Bewegungsgeraden ausgerichtet sein und axial - also senkrecht zur Symmetrieachse - magnetisiert sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung enthält die
Ausrichtungsanordnung ein ferromagnetisches Material, vorzugsweise Eisen. Zweckmäßigerweise enthält die
Ausrichtungsanordnung weichmagnetisches Material.
Insbesondere ist die Ausrichtungsanordnung als stabformiger Ferromagnet ausgebildet.
Eine Ausrichtungsanordnung aus ferromagnetischem Material bewirkt, dass sich das magnetische Stellelement relativ zur Ausrichtungsanordnung ausrichtet. Insbesondere richtet sich das Stellelement dabei derart aus, dass sich die Ausrichtungsanordnung in einem Bereich maximaler Flussdichte des Magnetfelds des Stellelements befindet. Auf diese Weise kann eine bestimmte Ausrichtung des Stellelements festgelegt werden .
Gemäß einer Ausgestaltung sind die magnetische
Ausrichtungsanordnung und/oder die Sensoreinrichtung länglich ausgebildet und verlaufen parallel zur Bewegungsgeraden.
Auf diese Weise wird erzielt, dass die vorbestimmte
Drehstellung des Stellelements relativ zur Sensoreinrichtung über einen gewissen Bereich entlang der Bewegungsgeraden gewährleistet werden kann.
Zweckmäßigerweise weist die Stellvorrichtung eine längliche Trägerstruktur auf, die das Stellelement zumindest teilweise umgibt und deren Längsachse parallel zur Bewegungsgeraden ausgerichtet ist.
Vorzugsweise ist die Trägerstruktur im Wesentlichen
hohlzylindrisch ausgebildet, wobei ein Teilabschnitt des Hohlzylinders entlang des Umfangs offen bleiben kann.
Zumindest ein Teil der Stellanordnung, nämlich der Teil, der das Stellelement umfasst, ist in der Trägerstruktur
angeordnet und kann entlang der Längsachse der Trägerstruktur verschoben werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung sind die
Sensoreinrichtung und/oder die Ausrichtungsanordnung in einer jeweiligen Aufnahme in der Trägerstruktur angeordnet. Die Ausrichtungsanordnung ist dabei beispielsweise zylindrisch ausgebildet und dementsprechend in einer als zylindrische Nut ausgestalteten Aufnahme vorgesehen. Die Sensoreinrichtung ist beispielsweise leistenförmig bzw. plattenförmig ausgebildet und in einer entsprechend ausgestalteten Aufnahmekammer angeordnet .
In bevorzugter Ausgestaltung ist die Polrichtung des von dem Stellelement erzeugten Magnetfelds nicht-parallel,
insbesondere senkrecht, zur Bewegungsgeraden ausgerichtet.
Diese Ausrichtung des Magnetfelds ermöglicht es, dass eine parallel zu der Bewegungsgeraden angeordnete
Sensoreinrichtung und/oder Ausrichtungsanordnung von einem Polbereich bzw. einem Bereich maximaler magnetischer
Flussdichte des von dem Stellelement erzeugten Magnetfelds durchdrungen werden kann. Dies ist sowohl für die
Positionserfassung als auch für die Ausrichtung des
Stellelements vorteilhaft.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist die
Sensoreinrichtung der Ausrichtungsanordnung gegenüberliegend angeordnet, so dass eine durch die Sensoreinrichtung und die Ausrichtungsanordnung verlaufende Gerade vorzugsweise die Bewegungsgerade kreuzt.
Insbesondere sind die Sensoreinrichtung und die
Ausrichtungsanordnung derart zueinander angeordnet, dass die Sensoreinrichtung und die Ausrichtungsanordnung gleichzeitig von einem Magnetfeldbereich maximaler Flussdichte
durchdrungen werden können. Vorzugsweise sind die
Sensoreinrichtung und die Ausrichtungsanordnung derart zueinander angeordnet, dass die Sensoreinrichtung im Bereich eines ersten Pols des von dem Stellelement erzeugten
Magnetfelds und die Ausrichtungsanordnung im Bereich eines zweiten Pols des Magnetfelds angeordnet sind. Die Antriebseinrichtung umfasst beispielsweise einen
Ventilantrieb. Die Überwachungseinrichtung umfasst
beispielsweise einen Ventilsteuerkopf, einen Positioner und/oder eine elektrische Rückmeldeeinheit.
Die Stellvorrichtung kann ferner eine Ventilarmatur mit einem Ventilglied aufweisen, das an die Stellanordnung gekoppelt ist, so dass die Stellung des Ventilglieds durch Verschieben der Stellanordnung entlang der Bewegungsgeraden einstellbar ist .
Ferner kann der Stellkörper eine Kolbenanordnung mit einem Schaftabschnitt umfassen, wobei das Stellelement vorzugsweise an einem distalen Ende des Schaftabschnitts angeordnet ist.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Dabei zeigt
Figur 1 eine perspektivische Darstellung einer als
Prozessventilbaueinheit ausgebildeten
Stellvorrichtung,
Figur 2 eine Schnittdarstellung der in der Figur 1
gezeigten Stellvorrichtung,
Figur 3 eine perspektivische Ansicht eines distalen Endes einer Stellanordnung und einer Trägerstruktur,
Figur 4 eine Schnittansicht des distalen Endes der
Stellanordnung und der Trägerstruktur,
Figur 5 eine Draufsicht auf das distale Ende der
Stellanordnung und der Trägerstruktur. Die Figuren 1 und 2 zeigen eine Stellvorrichtung 1, die eine Antriebseinrichtung 2, eine Überwachungseinrichtung 3 sowie eine Stelleinrichtung 4 umfasst. Im gezeigten Beispiel ist die Stellvorrichtung 1 exemplarisch als
Prozessventilbaueinheit 11 ausgebildet; in Entsprechung dazu ist die Antriebseinrichtung 2 exemplarisch als Ventilantrieb 12, die Überwachungseinrichtung 3 exemplarisch als
Ventilsteuerkopf 13 und die Stelleinrichtung 4 exemplarisch als Ventilarmatur 14 ausgebildet.
Die Stellvorrichtung 1 dient dazu, ein in den Figuren nicht gezeigtes Stellglied der Stelleinrichtung 4 zwischen
wenigstens zwei Stellungen zu bewegen. Im diskutierten
Beispiel ist das Stellglied ein Ventilglied, das dazu dient den Fluss eines die Stelleinrichtung 4 durchströmenden Fluids zu beeinflussen. Zu diesem Zweck kann das Stellglied
beispielsweise zwischen einer Sperrstellung und einer
Öffnungsstellung bewegt werden.
Die Bewegung des Stellglieds erfolgt über eine Stellanordnung 5 der Antriebseinrichtung 2. Im diskutierten Beispiel umfasst die Stellanordnung 5 einen Stellkörper 10, der eine
Kolbenanordnung 15 und einen Schaftabschnitt 36 aufweist. Die Kolbenanordnung 15 umfasst einen Kolben 6 und eine
Kolbenstange 7. Das Stellglied ist an die Stellanordnung 5 mechanisch gekoppelt; vorzugsweise ist das Stellglied an der Stellanordnung 5 befestigt. Auf diese Weise kann das
Stellglied durch eine Bewegung der Stellanordnung 5 in seiner Stellung verändert werden. Die Stellanordnung 5 ist dabei entlang einer in der Figur 2 eingezeichneten Bewegungsgeraden 8 verschiebbar. Im gezeigten Beispiel erstreckt sich die Stellanordnung 5 in Richtung der Bewegungsgeraden 8. Die Überwachungseinrichtung 3 dient dazu, wenigstens eine Position der Stellanordnung 5 entlang der Bewegungsgeraden 8 zu erfassen. Aufgrund der Kopplung zwischen der
Stellanordnung 5 und dem Stellglied kann aus der Position der Stellanordnung 5 auf die Stellung des Stellglieds geschlossen werden .
Die Stellanordnung 5 umfasst ein magnetisches Stellelement 16, das drehbar an dem Stellkörper 10 gelagert ist. Das Stellelement 16 ist dabei um die Bewegungsgerade 8 drehbar gelagert. Das magnetische Stellelement 16 erzeugt ein
Magnetfeld .
Die Überwachungseinrichtung 3 weist eine Sensoreinrichtung 9 auf . Die Sensoreinrichtung 9 spricht auf das von dem
magnetischen Stellelement 16 erzeugte Magnetfeld an und stellt ein Signal bereit, aus dem auf wenigstens eine
Position des Stellelements 16 entlang der Bewegungsgeraden 8 geschlossen werden kann. Die Sensoreinrichtung 9 ist
beispielsweise als magnetisches Folienpotentiometer
ausgebildet und stellt ein Signal bereit, das eine Impedanz, vorzugsweise einen elektrischen Widerstand, anzeigt, aus dem auf die Position des Stellelements 16 relativ zur
Sensoreinrichtung 9 geschlossen werden kann. Bei dem Signal handelt es sich beispielsweise um ein elektrisches Signal, insbesondere um ein Spannungssignal.
Um die Position des Stellelements 16 möglichst genau erfassen zu können, ist es wünschenswert, dass das Stellelement 16 eine vorbestimmte Drehstellung relativ zur Sensoreinrichtung 9 aufweist.
Das Stellelement ist senkrecht zur Bewegungsgeraden 8 magnetisiert - d.h., dass die Magnetisierung des Stellelements nicht kreissymmetrisch zur Bewegungsgeraden 8 ist. Folglich ändert sich bei einer Änderung der Drehstellung des Stellelements 16 relativ zur Sensoreinrichtung 9 auch das Magnetfeld, das die Sensoreinrichtung 9 erfährt. Dies
erschwert die genaue Positionserfassung des Stellelements 16 anhand der Sensoreinrichtung 9. Es ist daher wünschenswert, dass das Stellelement 16 eine vorbestimmte Drehstellung relativ zur Sensoreinrichtung 9 aufweist.
Eine vorbestimmte Drehstellung des Stellelements 16 relativ zur Sensoreinrichtung 9 kann in der Regel nicht ohne Weiteres gewährleistet werden, da der Stellkörper 10 typischerweise gewissen Drehbewegungen unterliegt, die dazu führen, dass sich die Kolbenanordnung 15 relativ zur
Überwachungseinrichtung 3 - und damit auch relativ zur
Sensoreinrichtung 9 - dreht .
Erfindungsgemäß wird die gewünschte Ausrichtung des
Stellelements 16 relativ zur Sensoreinrichtung 9 dadurch erzielt, dass die Überwachungseinrichtung 3 eine magnetische Ausrichtungsanordnung 17 umfasst, die aufgrund einer
magnetischen Wechselwirkung mit dem magnetischen Stellelement 16 bewirkt, dass das Stellelement 16 die vorbestimmte
Drehstellung relativ zur Sensoreinrichtung 9 einnimmt. Auf diese Weise kann eine genaue Positionserfassung gewährleistet werden .
Die drehbewegliche Lagerung des Stellelements 16 am
Stellkörper 10 bewirkt, dass das Stellelement 16 von dem Stellkörper 10 rotativ entkoppelt ist, so dass zur
gewünschten Drehausrichtung des Stellelements 16 nicht der gesamte Stellkörper 10 ausgerichtet werde muss, und insbesondere auch keine auf den Stellkörper 10 wirkenden Drehmomente überwunden werden müssen.
Nachstehend soll zunächst der strukturelle Aufbau der
Stellvorrichtung 1 näher erläutert werden. Daran anschließend werden die einzelnen Komponenten der Stellvorrichtung 1 im Detail diskutiert.
Wie in der Figur 1 gezeigt, weist die Stellvorrichtung 1 eine längliche Grundgestalt auf. Die Bewegungsgerade 8 verläuft parallel zu der Längsachse dieser Grundgestalt. Die Richtung der Längsachse der Grundgestalt der Stellvorrichtung 1 bzw. die Richtung der Bewegungsgeraden 8 soll nachstehend auch als Axialrichtung bezeichnet werden.
Die Antriebseinrichtung 2 weist einen zylindrischen
Grundkörper 18 auf, durch den, wie in der Figur 2 gezeigt, die Stellanordnung 5 verläuft.
Der Grundkörper 18 weist an seinen beiden Stirnseiten die Deckel 23 und 24 auf. Im Innern des Grundkörpers 18 ist ein zylindrischer Kolbenraum 25 vorgesehen, der in Axialrichtung von den beiden Deckeln 23 und 24 begrenzt wird. In dem
Kolbenraum 25 ist die Kolbenanordnung 15 mit dem Kolben 6 und der Kolbenstange 7 in Richtung der Bewegungsgeraden 8
linearbeweglich gelagert. Der Kolben 6 unterteilt den
Kolbenraum 25 in eine erste Kammer 26 und eine zweite Kammer 27. Wenigstens eine der beiden Kammern 26 und 27 ist als Druckkammer ausgebildet und kann mit Druck beaufschlagt werden, um den Kolben 6 anzutreiben. Die andere der beiden Kammern 26 und 27 kann mit einer Rückstellfeder 31 versehen sein. In diesem Fall stellt die Antriebseinrichtung 2 einen einfach wirkenden Zylinder dar. In der Figur 2 ist eine
Rückstellfeder 31 schematisch in der Kammer 27 angedeutet. Wenn die mit Druck beaufschlagbare Kammer 26 nicht unter Druck gesetzt ist, setzt die Rückstellfeder 31 den Kolben 6 in eine Ruhestellung.
Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Kammer 27 ebenfalls als Druckkammer ausgebildet und zum Antrieb des Kolbens 6 mit Druck beaufschlagbar sein. In diesem Fall stellt die
Antriebseinrichtung 2 einen doppelt wirkenden Zylinder dar.
Wenn ein Antrieb mittels eines einfach wirkenden Zylinders stattfindet, kann es vorkommen, dass die Stellanordnung 5 bei einer Linearbewegung, die zu einer
Komprimierung/Dekomprimierung der Rückstellfeder 31 führt, von der Rückstellfeder 31 zusätzlich in eine Drehbewegung um die Axialrichtung der Stellanordnung 5 versetzt wird, so dass sich die Stellanordnung 5 um mehrere Winkelsekunden dreht. Dieser Aspekt verstärkt die Problematik, dass das
Stellelement 16 ohne die erfindungsgemäßen Maßnahmen seine Drehstellung relativ zur Sensoreinrichtung 9 ändert, wodurch die Genauigkeit der Positionsbestimmung beeinträchtigt wird.
Die beschriebene Kolbenanordnung 15 ist Teil der
Stellanordnung 5, die, wie vorstehend bereits erwähnt, durch den Grundkörper 18 verläuft. Die Stellanordnung 5 ragt durch entsprechende, an den beiden Deckeln 23, 24 vorgesehene
Öffnungen auf beiden Stirnseiten aus dem Grundkörper 18 heraus. Die Stellanordnung 5 ist länglich ausgebildet und in Axialrichtung des Grundkörpers 18 ausgerichtet.
An einer ersten Stirnseite des Grundkörpers 18 ist die
Überwachungseinrichtung 3 angesetzt. Die
Überwachungseinrichtung 3 umfasst einen ersten zylindrischen Gehäuseabschnitt 20, der in etwa denselben Durchmesser wie der zylindrische Grundkörper 18 der Antriebseinrichtung 2 aufweisen kann und in koaxialer Ausrichtung an dem Grundkörper 18 angebracht ist.
In bevorzugter Ausgestaltung ist die Antriebseinrichtung 2 und/oder die Überwachungseinrichtung 3 derart ausgestaltet, dass die Überwachungseinrichtung 3 in beliebiger
Drehausrichtung relativ zur Antriebseinrichtung 2 an dieser befestigt werden kann. Vorzugsweise weist die
Antriebseinrichtung 2 und/oder die Überwachungseinrichtung 3 zu diesem Zweck eine kreissymmetrisch um die Bewegungsgerade 8 ausgebildete Verbindungsschnittstelle auf. Da sich das Stellelement 16 aufgrund der magnetischen Wechselwirkung mit der Ausrichtungsanordnung 17 selbständig ausrichtet, kann die Überwachungseinrichtung 3 in beliebiger Drehausrichtung an der Antriebseinrichtung 2 angebracht werden. Die genannte Drehausrichtung der Überwachungseinrichtung 3 bezieht sich dabei insbesondere auf die Bewegungsgerade 8.
Der erste zylindrische Gehäuseabschnitt 20 weist eine
Grundplatte 21 auf, die der Antriebseinrichtung 2 zugewandt ist, und von der sich eine im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildete Trägerstruktur 22 in Richtung weg von der
Antriebseinrichtung 2 erstreckt. Die Trägerstruktur 22 ist in Axialrichtung des Grundkörpers 18 bzw. des ersten
Gehäuseabschnitts 20 ausgerichtet.
Der erste zylindrische Gehäuseabschnitt 20 weist im Bereich seiner der Antriebseinrichtung 2 abgewandten Stirnseite einen umlaufenden Kragen 28 auf, an dem ein in den Figuren nicht gezeigter zweiter zylindrischer Gehäuseabschnitt angebracht werden kann, um zusammen mit dem ersten zylindrischen
Gehäuseabschnitt 20 ein Gehäuse zu bilden. In der Figur 2 ist ferner beispielhaft eine
Steuerventilanordnung 29 gezeigt, die in Axialrichtung des ersten Gehäuseabschnitts 20 aus diesem herausragt. Die
Steuerventilanordnung 29 kann über einen an der Außenseite des ersten Gehäuseabschnitts 20 vorgesehenen Fluidanschluss 33 an eine Druckquelle angeschlossen werden und ist
ausgebildet, in Ansprechen auf ein Steuersignal eine
fluidische Verbindung zu wenigstens einer der Kammern 26 oder 27 zu öffnen oder zu schließen, um so die wenigstens eine Kammer mit Druck zu beaufschlagen und einen Antrieb des Kolbens 6 zu bewirken.
In der Grundplatte 21 der Überwachungseinrichtung 3 ist eine Öffnung vorgesehen, durch welche sich die Stellanordnung 5 in die Trägerstruktur 22 hinein erstreckt. Im gezeigten
Beispiel, in dem die Stellanordnung 5 einen Schaftabschnitt 36 umfasst, erstreckt sich dabei der Schaftabschnitt 36 in die Trägerstruktur 22 hinein. Der Schaftabschnitt 36 ist vorzugsweise zylindrisch ausgebildet.
An einem distalen Ende 30 des Stellkörpers 10 bzw. des
Schaftabschnitts 36 ist das magnetische Stellelement 16 angebracht. Das magnetische Stellelement 16 kann jedoch grundsätzlich auch an jedem anderen Bereich des Stellkörpers 10 bzw. des Schaftabschnitts 36 innerhalb der Trägerstruktur 22 angebracht sein.
An der Trägerstruktur 22 sind die Sensoreinrichtung 9 und die Ausrichtungsanordnung 17 befestigt. Die Sensoreinrichtung 9 und die Ausrichtungsanordnung 17 sind länglich ausgebildet und parallel zur Bewegungsgeraden 8 bzw. zur Axialrichtung ausgerichtet . Die Sensoreinrichtung 9 und die
Ausrichtungsanordnung 17 sind im selben axialen Bereich der Trägerstruktur 22 vorgesehen; und zwar in demjenigen axialen Bereich, in dem sich im Betrieb auch das Stellelement 16 aufhält. Vorzugsweise sind die Sensoreinrichtung 9 und die Ausrichtungsanordnung 17 an einem distalen Ende der
Trägerstruktur 22 angeordnet.
Im gezeigten Beispiel wird der Hub der Stellanordnung 5 durch den Kolbenraum 25 begrenzt. Dadurch ergibt sich auch ein begrenzter axialer Bereich innerhalb der Trägerstruktur 22, in der das Stellelement 16 liegen kann. Vorzugsweise sind in diesem axialen Bereich die Sensoreinrichtung 9 und die
Ausrichtungsanordnung 17 vorgesehen, so dass die Position des Stellelements 16 über den gesamten Hub der Stellanordnung 5 erfasst werden kann.
Dadurch, dass die Sensoreinrichtung 9 und die
Ausrichtungsanordnung 17 parallel zur Bewegungsgeraden 8 ausgerichtet sind, bleiben die Abstände zwischen dem
Stellelement 16 und der Sensoreinrichtung 9 bzw. der
Ausrichtungsanordnung 17 konstant, solange sich das
Stellelement 16 in dem genannten axialen Bereich entlang der Bewegungsgeraden 8 befindet, in dem die Sensoreinrichtung 9 und die Ausrichtungsanordnung 17 vorgesehen sind.
Auf der der Überwachungseinrichtung 3 abgewandten Stirnseite der Antriebseinrichtung 2 befindet sich die als Ventilarmatur 14 ausgebildete Stelleinrichtung 4. Die aus der
Antriebseinrichtung 2 herausgeführte Stellanordnung 5 ist mit einem nicht gezeigten Stellglied der Stelleinrichtung 4 verbunden .
Die Figur 3 zeigt eine perspektivische Detailansicht des in der Figur 1 gezeigten distalen Endes 30 der Stellanordnung 5 und der Trägerstruktur 22. Die Figur 4 zeigt eine Schnittansicht des distalen Endes 30 der Stellanordnung 5 und der Trägerstruktur 22.
Wie in der Figur 4 gezeigt, weist die Stellanordnung 5 an ihrem distalen Ende 30 das Stellelement 16 auf, das drehbar an dem Stellkörper 10 gelagert ist. Zur Befestigung des Stellelements 16 verfügt der Stellkörper 10 über einen
Magnethalter 34, der an einem distalen Ende des
Schaftabschnitts 36 des Stellkörpers 10 angebracht ist. An dem distalen Ende des Schaftabschnitts 36 ist dabei ein zylindrischer Befestigungsabschnitt 35 vorgesehen, der einen kleineren Durchmesser als der Schaftabschnitt 36 aufweist und auf den der Magnethalter 34 aufgeschraubt ist.
An dem von dem zylindrischen Befestigungsabschnitt 35 abgewandten distalen Ende des Magnethalters 34 ist das
Stellelement 16 drehbar gelagert. Das Stellelement 16 ist im gezeigten Beispiel als ringförmiger Permanentmagnet
ausgebildet und koaxial zu dem Magnethalter 34 bzw. dem
Schaftabschnitt 36 angeordnet.
In die Ringöffnung des Stellelements 16 greift ein an dem distalen Ende des Magnethalters 34 vorgesehener zylindrischer Vorsprung 41. Das Stellelement 16 liegt auf einem
ringförmigen Vorsprung 41 auf, der auf einer Stirnseite an dem distalen Ende des Magnethalters 34 vorgesehen ist. Auf diese Weise wird die Kontaktfläche zwischen dem Magnethalter 34 und dem Stellelement 16 verkleinert, so dass die einer Drehbewegung des Stellelements 16 relativ zum Magnethalter 34 entgegenstehenden Reibkräfte verringert werden. Alternativ oder zusätzlich zu der beschriebenen Ausgestaltung kann das Stellelement 16 auch in anderer Weise drehbeweglich zu dem Magnethalter 34 bzw. dem Schaftabschnitt 36 gelagert sein. Beispielsweise kann das Stellelement 16 auch mittels eines Wälzlagers, insbesondere eines Kugellagers, drehbeweglich zu dem Magnethalter 34 bzw. dem Schaftabschnitt 36 gelagert sein .
Das Stellelement 16 ist durch eine Ringscheibe 37 und eine Mutter 38 an dem Magnethalter 34 befestigt. Die Ringscheibe 37 weist dabei auf ihrer dem Stellelement 16 zugewandten Seite einen inneren ringförmigen Vorsprung 42 und einen äußeren ringförmigen Vorsprung 43 auf. Der innere ringförmige Vorsprung 42 grenzt an die Ringöffnung der Ringscheibe 37 an und stützt sich auf einer an dem zylindrischen Vorsprung 41 vorgesehenen Ringschulter 44 ab. Der innere ringförmige
Vorsprung 42 berührt dabei nicht das Stellelement 16. Der äußere ringförmige Vorsprung 43 weist einen größeren Radius als der innere ringförmige Vorsprung 42 auf und weist ein geringes Spiel zu dem Stellelement 16 auf. Der äußere
ringförmige Vorsprung 43 ist in Axialrichtung der
Stellanordnung 5 relativ zum inneren ringförmigen Vorsprung 41 derart dimensioniert, dass der Anpressdruck der Mutter 38 hauptsächlich auf die Ringschulter 44 und nicht auf das Stellelement 16 wirkt. Auf diese Weise kann die Mutter fest angezogen werden, ohne dass die drehbewegliche Lagerung des Stellelements 16 wesentlich beeinträchtigt wird.
Die Figur 5 zeigt eine Ansicht von oben auf das distale Ende 30 der Stellanordnung 5 und der Trägerstruktur 22.
Wie in der Figur 5 gezeigt, weist die Trägerstruktur 22 die Grundgestalt eines Hohlzylinders bzw. eines Zylindermantels auf, wobei ein Umfangsabschnitt des Hohlzylinders bzw.
Zylindermantels offen ist bzw. fehlt. Außen an der
Trägerstruktur 22 sind exemplarisch verschiedene mechanische Befestigungsschnittstellen 45 vorgesehen, an denen weitere Komponenten befestigt werden können.
Die Trägerstruktur 22 weist eine erste Aufnahme 39 auf, in der die Sensoreinrichtung 9 untergebracht ist. In dem
gezeigten Beispiel weist die Sensoreinrichtung 9 einen rechteckigen Querschnitt auf und die erste Aufnahme 39 ist in Entsprechung dazu ausgebildet. Im gezeigten Beispiel weist die erste Aufnahme 39 einen im Wesentlichen L- förmigen
Querschnitt auf . Zur Fixierung der Sensoreinrichtung 9 in der Aufnahme 39 ist in dem gezeigten Beispiel eine
Rundschnurdichtung 47 vorgesehen, die die Sensoreinrichtung 9 in die Aufnahme 39 presst und so kraftschlüssig fixiert. Die Sensoreinrichtung 9 ist dabei in einem ersten rechteckigen Abschnitt des L- förmigen Querschnitts vorgesehen und die Rundschnurdichtung 47 ist in einem zweiten rechteckigen
Abschnitt des L- förmigen Querschnitts vorgesehen.
Die Sensoreinrichtung 9 ist im gezeigten Beispiel derart ausgerichtet, dass ihr Normalenvektor die Längsachse der Stellanordnung 5 bzw. die Bewegungsgerade 8 kreuzt.
Der Sensoreinrichtung 9 gegenüberliegend ist die
Ausrichtungsanordnung 17 vorgesehen, die in einer zweiten Aufnahme 40 der Trägerstruktur 22 untergebracht ist. Die Ausrichtungsanordnung 17 ist stabförmig ausgebildet. Die zweite Aufnahme 40 ist dementsprechend als zylindrische Nut ausgebildet. Die zweite Aufnahme 40 ist zur Stellanordnung 5 hin offen ausgestaltet. Auf diese Weise kann die
Ausrichtungsanordnung 17 möglichst nah zu dem Stellelement 16 angeordnet sein, so dass die auf das Stellelement 16
wirkenden magnetischen Kräfte maximiert werden. Die erste und die zweite Aufnahme 39 und 40 münden jeweils in einer Stirnfläche des distalen Endes 30 der Trägerstruktur 22 aus .
Die Ausrichtungsanordnung 17 ist gegenüberliegend der
Sensoreinrichtung 9 angeordnet . Eine die
Ausrichtungsanordnung 17 und die Sensoreinrichtung 9
verbindende Gerade kreuzt folglich die Bewegungsgerade 8.
Wie in der Figur 5 durch die Buchstaben „N" und „S"
angedeutet, ist das als Ringmagnet ausgebildete Stellelement
16 diametrisch magnetisiert , so dass die Polrichtung des Stellelements 16 senkrecht zur Axialrichtung der
Stellanordnung 5 bzw. zur Bewegungsgeraden 8 verläuft.
Aufgrund der magnetischen Wechselwirkung mit der
Ausrichtungsanordnung 17 nimmt das Stellelement 16 eine
Drehstellung ein, bei der einer der magnetischen Pole (im gezeigten Beispiel der Nordpol „N") des Stellelements 16 möglichst nah an der ferromagnetischen Ausrichtungsanordnung
17 liegt. In dieser Drehstellung des Stellelements 16
befindet sich an der gegenüberliegend angeordneten
Sensoreinrichtung 9 der andere magnetische Pol (im gezeigten Beispiel der Südpol „S") . Auf diese Weise wird gewährleistet, dass sich die Sensoreinrichtung im Bereich einer der Pole befindet und somit von einem Magnetfeldbereich mit maximaler Flussdichte durchdrungen wird.
In der Figur 5 ist ferner eine Schnittstellen- und/oder
Verarbeitungseinheit 46 gezeigt, die mit der
Sensoreinrichtung 9 verbunden ist und dazu dient, die
Sensoreinrichtung 9 an eine weitere, nicht gezeigte
Steuereinheit anzuschließen und/oder von der
Sensoreinrichtung 9 erzeugte Signale auszulesen. Ist die Sensoreinrichtung 9 als magnetisches Folienpotentiometer ausgebildet, so kann die Schnittstellen- und/oder
Verarbeitungseinheit 46 dazu dienen, die Impedanz bzw. den elektrischen Widerstand des Folienpotentiometers auszulesen. Dies geschieht beispielsweise mittels eines elektrischen Signals, vorzugsweise eines Spannungssignals.

Claims

Ansprüche
1. Stellvorrichtung (1; 11) mit einer Antriebseinrichtung (2; 12) und einer Überwachungseinrichtung (3) , wobei die Antriebseinrichtung (2) eine entlang einer Bewegungsgeraden (8) verschiebbare Stellanordnung (5) umfasst, die einen
Stellkörper (10) und ein am Stellkörper (10) drehbar
gelagertes magnetisches Stellelement (16) aufweist, und wobei die Überwachungseinrichtung (3) eine Sensoreinrichtung (9) umfasst, die dazu dient, wenigstens eine Position des
magnetischen Stellelements (16) entlang der Bewegungsgeraden (8) zu erfassen, dadurch gekennzeichnet, dass die
Überwachungseinrichtung (3) eine magnetische
Ausrichtungsanordnung (17) aufweist, die derart angeordnet ist, dass das Stellelement (16) aufgrund einer magnetischen Wechselwirkung zwischen dem Stellelement (16) und der
Ausrichtungsanordnung (17) eine vorbestimmte Drehstellung relativ zur Sensoreinrichtung (9) einnimmt.
2. Stellvorrichtung (1; 11) nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (9) dazu dient, die wenigstens eine Position des Stellelements (16) basierend auf einer magnetischen Wechselwirkung zwischen dem
Stellelement (16) und der Sensoreinrichtung (9) zu erfassen.
3. Stellvorrichtung (1; 11) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (16) einen Permanentmagneten umfasst.
4. Stellvorrichtung (1; 11) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
Ausrichtungsanordnung (17) ein ferromagnetisches Material, vorzugsweise Eisen, enthält.
5. Stellvorrichtung (1; 11) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetische
Ausrichtungsanordnung (17) und/oder die Sensoreinrichtung (9) länglich ausgebildet sind und parallel zur Bewegungsgeraden (8) verlaufen.
6. Stellvorrichtung (1; 11) nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine längliche Trägerstruktur (22) , die das Stellelement (16) zumindest teilweise umgibt und deren Längsachse parallel zur Bewegungsgeraden (8) ausgerichtet ist.
7. Stellvorrichtung (1; 11) nach Anspruch 6, dadurch
gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (9) und/oder die Ausrichtungsanordnung (17) in einer jeweiligen Aufnahme (39, 40) in der Trägerstruktur (22) angeordnet sind.
8. Stellvorrichtung (1; 11) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Polrichtung des von dem Stellelement erzeugten Magnetfelds nicht-parallel, insbesondere senkrecht, zur Bewegungsgeraden (8) ausgerichtet ist .
9. Stellvorrichtung (1; 11) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (9) der Ausrichtungsanordnung (17) gegenüberliegend
angeordnet ist, so dass eine durch die Sensoreinrichtung (9) und die Ausrichtungsanordnung (17) verlaufende Gerade vorzugsweise die Bewegungsgerade (8) kreuzt.
10. Stellvorrichtung (1; 11) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
Antriebseinrichtung (2) einen Ventilantrieb (12) umfasst und/oder die Überwachungseinrichtung (3) einen
Ventilsteuerkopf (13) umfasst.
11. Stellvorrichtung (1; 11) nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Ventilarmatur (14) mit einem Ventilglied, das an die Stellanordnung (5) gekoppelt ist, so dass die Stellung des Ventilglieds durch Verschieben der Stellanordnung (5) entlang der Bewegungsgeraden (8) einstellbar ist.
12. Stellvorrichtung (1; 12) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellkörper (10) eine Kolbenanordnung (15) mit einem Schaftabschnitt (36) umfasst, wobei das Stellelement (16) vorzugsweise an einem distalen Ende (30) des Schaftabschnitts (36) angeordnet ist.
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