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Dokumentenidentifikation DE202007002760U1 31.05.2007
Titel Stellantrieb für Regelventile und/oder Absperrarmaturen
Anmelder Barabas-Lammert, Kurt, Dr., 45239 Essen, DE
Vertreter Neymeyer & Partner GbR, 78052 Villingen-Schwenningen
DE-Aktenzeichen 202007002760
Date of advertisement in the Patentblatt (Patent Gazette) 31.05.2007
Registration date 26.04.2007
Application date from patent application 26.02.2007
IPC-Hauptklasse F16K 31/06(2006.01)A, F, I, 20070226, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H01P 5/00(2006.01)A, L, I, 20070226, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Stellantrieb für Regelventile und/oder Absperrarmaturen mit einem auf ein Schließorgan einwirkenden Stellorgan.

Stellantriebe für Regelventile und Absperrarmaturen werden bisher nahezu ausschließlich pneumatisch oder elektromotorisch betrieben, d.h. sie sind mit pneumatischen Antriebseinheiten oder mit Elektromotoren versehen. Dabei gibt es elektromagnetische Stellantriebe, die ein in mehrere Drehstellungen bringbares Stellorgan aufweisen, das durch mehrere unterschiedlich positionierte Spulen verstellt werden kann (DE 2004 037 360 A1, DE 10 2005 026 535 A1). Während bei pneumatischen Antriebseinheiten die Steuermittel von relativ einfacher Beschaffenheit sind, jedoch das Vorhandensein einer Druckluftquelle erfordern, benötigen elektromotorische Antriebe meist kostenintensive Steuereinrichtung und Leistungsteile sowie ggf. zusätzliche Getriebeeinrichtungen. Außerdem sind die bei kleinen Baugrößen erzielbaren Arbeitsdrehmomente schwach.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen einfachen und funktionssicheren Stellantrieb der eingangs genannten Art mit hoher Stellkraft und genereller Sicherheitsstellung ohne zusätzliche Hilfsenergie zu schaffen.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass das Stellorgan aus einem Schub- oder Zugstab besteht, der mit dem axial beweglichen Teil einer aus einer Magnetspule und einem zylindrischen Tauchanker bestehenden elektromagnetischen Antriebseinheit in Antriebsverbindung steht und durch eine Rückstellfeder in seine Ruhestellung bewegt und in dieser gehalten wird.

Es ist allgemein bekannt, dass solche Tauchankereinheiten in der Lage sind, auch bei sehr kleiner Bauart hohe Stellkräfte zu erzeugen, so dass sie auch geeignet sind, druckbelastete Schließ- oder Stellorgane von Ventilen oder Schließarmaturen sicher zu betätigen und dabei bestimmte Sicherheitsstellungen der jeweils bewegungsaktiven Teile zu gewährleisten, ohne dass dazu zusätzliche Hilfskräfte mit besonderer Energieversorgung erforderlich wären. Mit entsprechenden Steuer- und Regeleinrichtungen lassen sich auch Zwischenstellungen der bewegungsaktiven Teile anfahren.

Ob bei gemäß Anspruch 2 ausgebildeten Stellantrieben die Magnetspule mit dem Tauchanker oder der Permanentmagnet als aktiv bewegliches Teil ausgebildet ist, richtet sich nach konstruktiven Gesichtspunkten.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Unteransprüche.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung im Folgenden näher erläutert. Es zeigt:

1 in schematisch vereinfachter Schnittdarstellung einen elektromagnetischen Stellantrieb, bei dem ein Schubstab mit einem die Magnetspule tragenden Tauchanker als dem aktiv beweglichen Teil verbunden ist;

1a in schematisch vereinfachter Schnittdarstellung einen elektromagnetischen Stellantrieb, bei dem ein Zugstab mit einem Permanentmagneten als dem aktiv beweglichen Teil verbunden ist;

2 eine vereinfachte Schnittdarstellung der Verbindung des Schubstabes mit einem Tauchspulenkörper aus 1;

3 in schematisch vereinfachter Schnittdarstellung einen elektromagnetischen Stellantrieb, bei dem ein Zugstab mit einem die Magnetspule tragenden Tauchanker als dem aktiv beweglichen Teil verbunden ist;

3a in schematisch vereinfachter Schnittdarstellung einen elektromagnetischen Stellantrieb, bei dem ein Schubstab mit einem Permanentmagneten als dem aktiv beweglichen Teil verbunden ist;

4 eine vereinfachte Schnittdarstellung der Verbindung des Zugstabes mit einem Tauchspulenkörper aus 3;

5 in teilweise geschnittener Seitenansicht eine Auf/Zu-Armatur;

6 in vereinfachter Schnittdarstellung ein Flanschrohr mit einer Drosselklappe;

7 einen Schnitt VII-VII aus 6 und

8 einen Schnitt VIII-VIII aus 7.

Der in 1 schematisch vereinfacht dargestellte Stellantrieb für Regelventile und/oder Absperrarmaturen besteht im Wesentlichen aus einem topfförmigen Tauchanker 1, an dessen Zylinderwand 2 innenseitig und/oder außenseitig wenigstens eine Magnetspule 3 bzw. 4 festsitzend angeordnet ist. Dabei ist der Tauchanker 1 axial beweglich so gelagert, dass seine Zylinderwand 2 mit der oder den Magnetspulen 3 bzw. 4 in einen Ringnut 5 eines stationär angeordneten, axial gepolten, ringförmigen Permanentmagneten 6 eintauchen kann.

Der Permanentmagnet 6 mit seiner Ringnut 5 und der Tauchanker 1 sind in einem zweiteiligen Gehäuse 7 untergebracht, das aus einem topfförmigen Oberteil 8 und einem ebenfalls topfförmigen Unterteil 9 besteht. Das Oberteil 8 und das Unterteil 9 sind jeweils mit Flanschringen 10 bzw. 11 versehen, die durch Schrauben 12 lösbar miteinander verbunden sind.

Der Tauchanker 1 ist mit einer als Druckfeder ausgebildeten Rückstellfeder 15 versehen, die sich einerseits an der Unterseite der Stirnwand 16 des Tauchankers 1 und andererseits an einem Stirnwandteil 17 des Gehäuseunterteils 9 abstützt. In konzentrischer Anordnung zur Zylinderwand 2 des Tauchankers 1 ist an der Stirnwand 16, wie aus 2 ersichtlich ist, ein Schubstab 20 befestigt, der eine Bohrung 18 des unteren Stirnwandteiles 17 durchragt und der beispielsweise mit dem Schließorgan 25 einer Auf/Zu-Armatur 26 gemäß 5 verbunden ist. In analoger Weise ist es auch möglich, diesen Schubstab 20 gemäß 6 bis 8 mit dem Betätigungshebel 27 der Lagerwelle 28 einer Drosselklappe 29 zu verbinden, die in einem Flanschrohr 30 schwenkbar gelagert ist.

Für die Ansteuerung bzw. Erregung der Magnetspulen 3 und 4 ist ein von einer externen Spannungsquelle, z.B. einer Netzspannung 220 V oder 380 V Wechselspannung versorgter, elektronischer Stellverstärker 35 vorgesehen, der durch Steuersignale steuerbar bzw. regelbar ist. In den Stellverstärker 35 sind auch eine Gleichrichtereinheit und Regeleinheiten integriert, welche die für die Erregung der Magnetspulen 3, 4 benötigte Gleichspannung bereitstellen. Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist an diesen Regelverstärker 35 ein Stellungsregler 36 angeschlossen, der über einen Hebelarm 37 mit dem Schubstab 20 verbunden ist und dessen jeweilige Arbeitsposition an den Stellungsregler 36 meldet, um jeweils entsprechende Signale an den Stellverstärker 35 weiterzugeben und eine entsprechende Erregung der Magnetspulen 3 bzw. 4 zu bewirken. Dabei kann die Arbeitsspannung bis zu einem maximalen Wert erhöht werden, um zum Anfahren der jeweiligen Sollstellungen immer die maximale Stellkraft zu erreichen.

Dieser Stellantrieb kann bei entsprechender Auslegung der Magnetspulen 3/4 mit unterschiedlichen Betriebsspannungen bzw. gleichgerichteten Arbeitsspannungen betrieben werden.

Über Signaleingänge 38 können dem Stellverstärker 35 jeweils Sollwertsignale zugeführt werden, um beispielsweise bestimmte Zwischenstellungen des jeweils bewegungsaktiven Teils anzufahren.

Während die Ausführungsform des in 1 und 2 dargestellten Stellantriebes für eine stossende Arbeitsweise ausgelegt ist, handelt es sich beim Ausführungsbeispiel der 3 und 4 um einen auf Zugbetrieb ausgelegten Stellantrieb. Dieser besteht aus exakt den gleichen Bestandteilen, nämlich einem Tauchanker 1 mit der Zylinderwand 2, an der die Magnetspulen 3 und 4 angeordnet sind sowie aus dem axial polarisierten ringförmigen Permanentmagneten 6 mit der Ringnut 5. Der einzige Unterschied zu der Ausführungsform gemäß 1 und 2 besteht darin, dass die Anordnung auf den Kopf gestellt ist und ein Zugstab 21 vorgesehen ist, der eine zentrale Bohrung 14 der Stirnwand 13 des Gehäuseteils 8 durchragt und der in gleicher Weise wie der Schubstab 20 mit der Stirnwand 16 des Tauchankers 1 verbunden ist. Auch dieser Zugstab 21 kann mit einem Stellungsregler 36 versehen sein, der in analoger Weise mit dem Zugstab 21 in Verbindung steht und der elektrisch bzw. elektronisch mit dem Stellverstärker 35 verbunden ist.

Beim Ausführungsbeispiel der 1 und 2 übt der Tauchanker 1 bei Erregung der Magnetspulen 3/4 auf den Schubstab 20 eine Schubkraft aus. Bei der Ausführungsform der 3 und 4 hingegen wird der Zugstab 21 bei entsprechender Erregung der Magnetspulen 3 und 4 in das Gehäuse 7 gezogen. Auch bei dieser Ausführungsform sorgt die Rückstellfeder 15 für die Rückstellung des Tauchankers 1 in seine in 3 dargestellte Ausgangsposition, wenn die Spulenerregung beendet ist.

Bei den bisher anhand der 1 und 3 beschriebenen Ausführungsformen des Stellantriebs ist jeweils der Tauchanker 1 als bewegliches Teil ausgebildet, das mit dem Schubstab 20 bzw. mit dem Zugstab 21 verbunden ist, um dessen Bewegung in Arbeitsrichtung zu bewirken.

Wie in den 1a und 3a dargestellt, ist es aber auch ohne Weiteres möglich, für beide Arbeitsmethoden, d.h. sowohl für den Schubbetrieb als auch für den Zugbetrieb, als bewegungsaktives Teil den Permanentmagneten 6 vorzusehen.

Dabei ist es allerdings von Vorteil, den Permanentmagneten 6 mit einem topfartigen Mantel 6' aus Kunststoff oder nichtmagnetischem Druckguss zu versehen, an dessen Stirnwand 16' der Zugstab 21 bzw. der Schubstab 20 befestigt ist. Um die Axialbewegungen des unter dem Einfluss der Rückstellfeder 15 stehenden Permanentmagneten 6 spielfrei auf den Zugstab 21 bzw. Schubstab 20 übertragen zu können, ist es erforderlich, zwischen dem Mantel 6' und dem Permanentmagneten 6 eine dauerhaft spielfreie Verbindung herzustellen, was am Besten durch einen Formschluss erreicht werden kann, bei dem der Mantel 6' die sich gegenüberliegenden Stirnflächen des ringförmigen Permanentmagneten 6 zumindest teilweise umschließt.

Es ist erkennbar, dass bei der Ausführung gemäß 1a, bei der die Anordnung des Tauchankers 1 und des Permanentmagneten 6 derjenigen der 1 entspricht, der Zugstab 21 mit dem beweglichen Teil, also mit dem Permanentmagneten 6, verbunden ist. Bei der Ausführungsform der

3a hingegen, die bezüglich der Anordnung des Tauchankers 1 und des Permanentmagneten 6 derjenigen der 3 entspricht, ist mit dem beweglichen Teil, d.h. mit dem Permanentmagneten 6, der Schubstab 20 verbunden. Es liegt somit in beiden Fällen bei analoger Anordnung der Bauteile in Ruhelage eine kinematische Umkehrung der Bewegungsverhältnisse vor. Bei den Ausführungen der 1 und 3 sind jeweils die Tauchanker 1 die bewegungsaktiven Teile, während bei den Ausführungen der 1a und 3a jeweils die Permanentmagneten 6 bewegungsaktiv sind. Dabei ergibt sich automatisch eine Vertauschung der Schub- und Zugbewegungen.

Es sei hier ausdrücklich erwähnt, dass mit allen Ausführungen dieses Stellantriebs auch Zwischenstellungen des jeweils beweglichen Teils, d.h. des Tauchankers 1 bzw. des Permanentmagneten 6, angesteuert werden können, wenn eine entsprechende Beaufschlagung der Magnetspulen 3/4 durch die elektronischen Regeleinheiten erfolgt.


Anspruch[de]
Stellantrieb für Regelventile und/oder Absperrarmaturen mit einem auf ein Schließorgan einwirkenden Stellorgan, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellorgan aus einem Schub- oder Zugstab (20, 21) besteht, der mit dem axial beweglichen Teil einer aus einer Magnetspule (3, 4) und einem zylindrischen Tauchanker (1) bestehenden elektromagnetischen Antriebseinheit in Antriebsverbindung steht und durch eine Rückstellfeder (15) in seine Ruhestellung bewegt und in dieser gehalten wird. Stellantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetspule (3, 4) an der inneren und/oder äußeren Umfangsfangsfläche einer aus magnetisierbarem Material bestehenden Zylinderwand (2) des Tauchankers (1) angeordnet ist, welcher bei elektrischer Erregung der Magnetspule (3, 4) in eine dazu koaxiale Ringnut (5) eines axial polarisierten Permanentmagneten (6) eintaucht. Stellantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (6) die Form eines zylindrischen Ringes aufweist, in dem sich die einseitig offene Ringnut (5) befindet. Stellantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Tauchanker (1) als bewegungsaktives Teil mittels eines stirnseitig angeordneten radialen Verbindungselements (16) in koaxialer Lage mit dem Schub- oder Zugstab (20, 21) verbunden ist. Stellantrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das radiale Verbindungselement des Tauchzylinders als geschlossene Stirnwand (16) ausgebildet ist. Stellantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (6) als bewegungsaktives Teil über ein Verbindungselement (16') mit dem Schub- oder Zugstab (21, 20) verbunden ist. Stellantrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement aus einem nichtmagnetischen, topfartigen Mantel (6') aus Kunststoff oder Druckguss besteht. Stellantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Tauchanker (1) mit seiner Rückstellfeder (15) und der Permanentmagnet (6) in einem zweiteiligen Gehäuse (7) untergebracht sind. Stellantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellorgan (20, 21) mit einem elektrischen oder elektronischen Stellungsregler (36) verbunden ist, der mit einer Stellungsanzeige und/oder mit einer elektronischen Steuereinheit (35) für die Tauchspule (3, 4) verbunden ist. Stellantrieb nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Weggeber als Stellungsregler (35) ausgebildet ist. Stellantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Tauchanker (1) mit wenigstens zwei Tauchspulen (3, 4) versehen ist, die wahlweise separat oder gemeinsam ansteuerbar sind.






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