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Motorventil
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Die Erfindung betrifft ein Motorventil mit einem Antriebsmotor, der
über ein Getriebe großer aber setzung das bewegliche Glied des Ventiles antreibt,
das in einem Gehäuse mit einem Ventilsitz angeordnet ist und dessen Betätigungsstange
nach außen geführt ist0
Motorventile werden im allgemeinen dann
verwendet, wenn es nicht darauf ankommt, daß das Ventil sehr rasch öffnet oder schließt.
Andererseits ist die Verwendung von Motorventilen dann von Vorteil, wenn große Querschnitte
und große Wege des beweglichen Ventilgliedes beherrscht werden müssen.
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Motorventile werden auch dann verwendet, wenn das Ventil als Regelorgan,
beispielsweise als Druckregler oder Durchflußregler verwendet werden soll.
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Auch in allen den Fällen, in denen das Ventil eine oder mehrere Zwischenstellungen
anfahren soll, werden zweckmäßigerweise Motorventile verwendet; die Verwendung von
Magnetventilen würde entweder das Verwenden einer Mehrfachventilanordnung oder mehrerer
Einzelventile erfordern, Je nach Zahl der einzustellenden Stufen. Die Verwendung
eines Motorventiles ist in all den genannten Fällen zweckmäßiger, wenn die unvermeidlich
größere Betätigungszeit bei einem Motorventil in Kauf genommen werden kann, was
Jedoch häufig der Fall ist, beispielsweise in Gasfeuerungsanlagen. Da in derartigen
Anlagen ohnedies zumeist in Stufen angefahren wird, stellt die nicht vernachlässigbar
geringe öffnungszeit des Ventiles kein Hindernis sondern eher noch einen Vorteil
dar, da während der Öffnung, die auch in Stufen durchgeführt werden kann, der Brenner
gezündet und das Zünden überwacht werden kann.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Motorventil zu schaffen,
das die beliebige Einstellbarkeit und Regelbarkeit eines Motorventiles mit dem Schnellschlußverhalten
eines Magnetventiles oder eines hydraulisch oder pneumatisch gesteuerten Ventiles
verbindet, ohne daß hierzu ein Motor besonders großer Leistung erforderlich ist0
Gelöst wird diese Aufgabe bei einem Motorventil der eingangs genannten Art erfindungsgemäß
dadurch, daß das bewegliche Ventilglied durch eine Schließfeder belastet ist, daß
das Getriebe bei Kraftfluß von dem beweglichen Ventilglied zum Antriebsmotor selbsthemmend
ist, und daß das Getriebe ein Umlaufrädergetriebe umfaßt, das mit einer lösbaren
Bremse oder Sperre zum Unterbrechen des Kraftflusses zwischen Motor und beweglichem
Ventilglied ausgerüstet ist.
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Ein erfindungagemäßes Motorventil vereinigt also die Vorteile eines
Motorventiles mit dem Schnellschlußverhalten eines Magnetventiles. Es kann jede
beliebige Stellung in einstellbarer, in weiten Grenzen beliebig wählbarer Zeit angefahren
werden, und es kann jederzeit durch Lösen der Sperre oder Bremse mittels der Schließfeder
ein Schnellschluß durchgeführt werden. Dabei ist der bauliche Mehraufwand gegenüber
einem üblichen Motorventil sehr gering, da er sich auf eine Schließfeder sowie einige
Zahnrädchen des Umlaufrädergetriebes und die Bremse oder Sperre und deren Betätigung
beschränkt. Es verateht sich, daß das Motorventil gleichartig auch so aufgebaut
werden kann, daß es motorbetätigt achließt und schnell öffnet, Ein derartiges Ventil
ist beispielsweise als Leckgasventil verwendbar.
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Die Sperre oder Bremse kann unterschiedlich ausgebildet sein, beispielsweise
als Bandbremse, bei deren Einlegen sich ein Band um eines der Räder festzieh. Bei
einer bevorzugten AusführungBform der Erfindung dagegen ist als Sperre ein elektromagnetisch
ein- oder ausrückbarer Zahnhebel vorgesehen, der mit der Zahnung des Umlaufräderträgers
in und außer Eingriff bringbar ist. Ein derartiger Zahnhebel einschließlich Lagerung
und Antrieb läßt sich sehr preiswert verwirklichen und arbeitet
zuverlässig.
Ist er außer Eingriff mit dem Umlaufräderträger, ist der Kraftfluß vom Sonnenrad
zum Außenkranz bzw. dem dem Außenkranz entsprechenden Rad unterbrochen. Der gelöste
Umlaufräderträger kann dann frei umlaufen und es wird kein Drehmoment mehr zwischen
Sonnenrad und Außenkranz bzw.
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dem dem Außenkranz entsprechenden Zahnrad übertragen. Anstelle des
Außenkranzes kann in bekannter Weise ein neben dem Sonnenrad angeordnetes Zahnrad
vorgesehen sein, wobei dann an dem Planetenträger jeweils ein Zahnradpaar als Planetenrad
eingesetzt ist, die miteinander kämmen und von denen das eine mit dem Sonnenrad
und das andere mit dem dem Außenkranz entsprechenden Zentralrad kämmt0 Bevorzugt
ist der Anker des Elektromagneten für die Betätigung des Zahnhebels oder aber der
Zahnhebel selbst mit einer Rückstellfeder versehen, die eine den Zahnhebel außer
Eingriff bringende Kraft erzeugt.
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Diese Kraft wird bei laufendem Motor und gleichzeitig erregtem Elektromagnet
von diesem überwunden und dadurch der Zahnhebel in Eingriff gebracht. Bei einer
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Zahnwinkel von Umlaufräderträger
und Zahnhebel, die die Zahnflanken miteinander einschließen, so gewählt, daß bei
fehlender, auf den Zahnhebel wirkender Einrückkraft der Zahnhebel durch ein auf
den Umlaufräderträger ausgeübtes Drehmoment ausrückbar ist0 Bei dieser
Ausführungsform
kann also entweder die Rückstellfeder, die den Zahnhebel außer Eingriff bringt,
fehlen. Oder es ist, falls eine derartige Feder vorgesehen ist, sichergestellt,
daß ein Schnellschluß auch noch bei einem Federbruch möglich ist.
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In bevorzugter weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Umlaufrädergetriebe
im Randbereich des Getriebes angeordnet und gegen ein Nortongetriebe auswechselbar0
Die Anordnung des Umlaufrädergetriebes im Randbereich hat den Vorteil, daß der Elektromagnet
für die Betätigung der Bremse oder Sperre gut zugänglich außen angeordnet werden
kann.
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Diese Anordnung hat aber ferner den Vorteil, daß das gesamte Umlaufrädergetriebe,
das als Baueinheit ausgebildet ist, gegen ein Nortongetriebe, also ein Schaltgetriebe
für veränderbare tbersetzungsverhaltnisse (wie es auch an Werkzeugmaschinen, insbesondere
Drehbänken, Anwendung findet) eingesetzt werden kann.
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Dadurch läßt sich das erfindungsgemäße Motorventil universell auf
die unterschiedlichsten Anwendungsfälle anpassen. Beispielsweise ist es ohne weiteres
möglich, die von dem Motorantrieb erzeugte Stellgeschwindigkeit des Ventiles durch
das Nortongetriebe in mehreren Stufen im Verhältnis 1:5 bis 1:10 zu verändern. Dadurch
können beispielsweise üffnungszeiten zwischen mehreren Sekunden und zwanzig Sekunden
mit im übrigen unverändertem Ventilaufbau verwirklicht werden.
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Von Vorteil ist diese einfache Umstellbarkeit der Ventilbetätigungszeiten
dann, wenn ein derartiges Ventil als Regler verwendet werden soll. Dabei ist bevorzugt
das Ventil mit zwei Antriebsmotoren versehen, die das Getriebe in entgegengesetzten
Drehrichtungen antreiben und die unter Spannung dauernd zum Stillstand abbremsbar
sind. Derartige Motoren, die als Spaltpolmotoren im IIandel erhältlich sind, sind
in ihrer Drehrichtung nicht umkehrbar, Es werden daher zwei Antriebsmotoren in Tandemanordnung
verwendet, die abwechselnd antreibbar sind, um Je nach Steuersignal das Ventil weiter
zu öffnen oder weiter zu schließen. Damit kann ein derartiges Ventil auch als Regler
eingesetzt werden, das beispielsweise durch einen Druckwächter unstetig oder durch
einen Druckgeber mit Potentiometer stetig stellbar ist.
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Dabei kann Jedoch die Einstellung nicht nur in Abhängigkeit vom Druck,
sondern auch in Abhängigkeit der Temperatur oder der Abgaszusammensetzung beispielsweise
einer Feuerungsanlage erfolgen.
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Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung sind von dem Getriebe
ferner noch Steuernocken angetrieben, die Schalter betätigen. Diese Schalter können
dazu verwendet sein, um Rückmeldungen, beispielsweise das Erreichen einer ersten
oder zweiten üffnungs position oder das Erreichen der ganz geöffneten oder ganz
geschlossenen Position rückzumelden.
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Dadurch ist es möglich, Steuerungsvorgänge in Abhängigkeit der von
dem beweglichen Ventilglied erreichten Position auszulösen. Dies kann insbesondere
bei der Verwendung eines derartigen Ventiles in Feuerungsanlagen oder auch in Regelanlagen
von Vorteil sein. Dabei sind die Scheiben mit Steuernocken nicht, wie üblich, mit
der letzten, den Ventilstößel betätigenden Welle verbunden. Gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung,sind vielmehr die nockentragenden Scheiben von unterschiedlichen
Getriebezwischenwellen angetrieben, die so ausgesucht sind, daß die Nockenscheibe
bei dem Öffnungsgrad des Ventiles, bei dem ein Schalten erfolgen soll, etwa eine
Umdrehung zurückgelegt hat. Soll zum Beispiel nach 10 % Öffnungshub ein Signal abgegeben
werden, so ist die zugeordnete Nockenscheibe von einer Getriebewelle angetrieben,
of die bis zur vollen Öffnung etwa 5 - 10 Umdrehungen durchführt. Dies hat den Vorteil,
daß die Schaltgenauigkeit der die Signale erzeugenden, von den Nocken gesteuerten
Schalter sehr viel höher ist als dann, wenn sämtliche Schalter von einer einzigen
Scheibe betätigt werden, die für den vollen Öffnungshub des Ventiles nur etwa eine
Umdrehung ausführt.
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Weitere Einzelheiten und husgestaltungen der vorliegenden Erfindung
ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispieles im Zusammenhang mit den Ansprüchen. Es zeigen in vereinfachter,
schematisierter Darstellung: Fig. 1 einen Schnitt durch ein Ventil mit darauf aufgebautem
Getriebe gemäß der Erfindung, Fig. 2 eine Draufsicht auf die Räderanordnung im Getriebe
bei abgenommener Deckplatine, Fig. 3 eine hbwicklung, deren Schnittebenen Jeweils
durch die Achsen zweier miteinander in Eingriff befindlicher Zahnräder bestimmt
sind, und Fig. 4 eine Draufsicht auf die Anordnung gemäß Fig. 2 in Richtung des
Pfeiles IV der Fig. 2.
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In einem Gehäuse 1, das mit einem Zulauf 2 und einem Ablauf 3 versehen
ist, ist ein bewegliches Ventilglied 4 mit einem Ventilstößel 5 und einem Ventilteller
6 senkrecht zur Fläche eines kreisringschneidenförmigen Ventilsitzes 7 verschiebbar
gelagert. Der Ventilsitz 7 ist im Zuge einer Zwischenwand 8 angebracht, die den
Zulauf 2 vom Ablauf 3 trennt. Der Ventilteller 6 ist mit einem Dichtring 9 aus einem
elastischen Material versehen, der bei geschlossenem Ventil unter der Wirkung einer
Schließfeder 10 dicht an dem Ventilsitz 7 anliegt. Der Ventilstößel 5 ist abgedichtet
durch einen auf dem Ventilgehäuse 1 befestigten Deckel 11 nach außen geführt, auf
dem ein Getriebe 12 angebracht ist, in das ein Antriebsmotor 13 eingebaut ist. Der
Motor 13 treibt eine Abtriebswelle 14 des Getriebes 12 an, an der eine Kurbel 15
drehstarr befestigt ist, an deren freien Ende ein Pleuel 16 angelenkt ist. Das andere
Ende des Pleuels 16 ist an dem Ventilstößel 5 angelenkt; es überträgt die Schwenkbewegung
des Endes der Kurbel 15 auf den eine Translationsbewegung durchführenden Ventilstößel
5.
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Von einem auf einer Welle 17 des Antriebsmotors 13 angebrachten Ritzel
18 wird ein großes Zahnrad 19 in Drehung versetzt, das drehstarr mit einem kleinen
Zahnrad 20 verbunden ist, das seinerseits mit einem
Antriebsrad
21 kämmt, auf dessen Welle ein Sonnenrad 22 drbhstarr befestigt ist. Das Sonnenrad
22 kämmt mit einem Planetenrad 23, das auf einem Bolzen drehbar gelagert ist, der
an einem Planetenträger 24 angebracht ist, der ebenfalls als Zahnrad ausgebildet
ist. An dem Planetenträger 24 ist für Jedes der Planetenräder 23 je ein mit dem
zugeordneten Planetenrad 23 kämmendes Planetenrad 25 vorgesehen, das außer mit dem
zugeordneten Planetenrad 23 auch noch mit einem Abtriebsrad 26 kämmt, das auf der
Welle lose drehbar gelagert ist, auf der das Antriebsrad 21 und das Sonnenrad 22
drehstarr befestigt sind.
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Das Abtriebsrad 26, das zusammen mit den Planetenrädern 25 auch durch
einen Außenkranz mit Innenverzahnung ersetzt sein könnte, der unmittelbar mit den
Planetenrädern 23 kämmt, treibt ein Doppelzahnrad 27 an, das seinerseits weitere,
hintereinandergeschaltete Doppelzahnräder 28, 29 und 30 antreibt. Dabei besteht
jedes Doppelzahnrad aus einem großen und einem kleinen Zahnrad, die drehstarr miteinander
verbunden sind, wobei das große Zahnrad angetrieben ist und das kleine Zahnrad das
große Zahnrad der nächstfolgenden Stufe antreibt. Das kleine Zahnrad des letzten
Doppelzahnrades 30 treibt über ein Abtriebsrad 31 die Abtriebswelle 14 an, auf der
das Abtriebsrad 31 drehstarr befestigt ist0 Der Planetenträger 24 ist lose drehbar
gelagert. Um eine Drehmomentübertragung von dem Sonnenrad 22 über
die
Planetenräder 23 und 25 auf das hbtriebsrad 26 zu ermöglichen, muß der Planetenträger
24 arretiert werden. Zu diesem Zweck ist an einer Platine 32 des Getriebes 12, die
zusammen mit einer weiteren Platine 33 die Lagerungen für alle Zahnräder trägt,
ein kleiner Elektromagnet 34 befestigt, der wie der Elektromagnet eines üblichen
Klappankerrelais aufgebaut ist und der einen schneidengelagerten Klappanker 35 bei
Erregung anzieht, der an seinem freien Ende einen radial zur Achse des Abtriebsrades
26 bewegbaren Stößel 36 trägt.
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Dor Stößel 36 liegt bei erregtem Elektromagnet 34 an einem Sperrhebel
37 an, der um einen Zapfen 38 schwenkbar ist, der an der Platine 33 befestigt ist.
Der Sperrhebel 37 ist an der dem Stößel 36 gegenüberliegenden seite mit einer Zahnung
39 verstehen, die bei erregtem Elektromagnet 34 in die Verzahnung des Planetenträgers
24 eingreift und diesen gegen Verdrehen arretiert. Um eine Entriegelung des Planetenträgers
24 bei entregtem Elektromagnet 34 zu erzielen schließen die Flanken der Zähne des
Planetenträgers einen Winkel von etwa 600 und die Blanken der Zähne der Zahnung
39 einen Winkel von etwa 500 ein. Dadurch wird erreicht, daß bei fehlendem Anpreßdruck
des, Stößels 36 das von der Schließfeder 10 erzeugte und über die Zahnräder 31,
30, 29 28 und 27 rückübertragene Drehmoment den Sperrhebel 37 aus der Sperrung ausschwenkt.
Bei ausgeschwenktem Sperrhebel 37 ist der Kraftschluß zwischen dem Antriebsritzel
18 dea Motors und der Abtriebstelle 14 unterbrochen, da der Planetenträger 24 frei
durchdrehen kann. Zur Uslterstütaung der
Ausschwenkwirkung kann
zusätzlich eine Schenkelfeder 40 vorgesehen sein, die einerseits an dem Sperrhebel
37 angreift und die andererseits in eine Bohrung in der Platine 33 eingreift.
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Das kleine Zahnrad 20 ist als Stufenrad mit unterschiedlichen Zahnezahlen
ausgebildet. Zum Zwecke der Erzielung unterschiedlicher, schaltbarer Übersetzungsverhältnisse
kann statt des Umlaufrädergetriebes 22, 23, 24, 25, 26 (oder auch zusätzlich hierzu)
ein Nortongetriebe eingebaut sein. Zu diesem Zweck ist ein Doppelzahnrad 41 vorgesehen,
das an einem Zapfen 42 drehbar gelagert ist, der seinerseits an einem Schwenkarm
43 befestigt ist, der um die Achse des Doppelzahnrades 27 schwenkbar ist.
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Das kleine Rad des Doppelzahnrades 41 kämmt mit dem großen Rad des
Doppelzahnrades 27. Das große Rad des Doppelzahnrades 41 kämmt, Je nach Drehlage
relativ zur Achse des Doppelzahnrades 27, mit einer der Stufen des kleinen Zahnrades
20. Zu diesem Zweck ist das Doppelzahnrad 41 auf dem Zapfen 42 axial verschiebbar
und es ist die axiale Länge des kleinen Rades des Doppelzahnrades 41 so groß wie
die Summe der axialen Längen der einzelnen Stufen des kleinen Zahnrades 20o Für
den Betrieb als Regler können die beiden Antriebs motoren 132 und 13" gemäß der
Fig. 3, von denen Jeder jeweils eine andere Drehrichtung aufweist, die aber
auf
dieselbe Welle 17 arbeiten, wahlweise eingeschaltet werden. Ist die gewünschte Stellung
des Ventiltellers 6 erreicht, werden entweder beide Motoren abgeschaltet oder beide
Motoren erregt.
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Durch die Selbsthemmung des gesamten Getriebes wird (bei eingerastetem
Sperrhebel 37) die dabei erreichte Stellung des Ventilstößels 6 beibehalten0 Soll
ein Schnellschluß erfolgen, weil beispielsweise die Flamme eines nachgeschalteten
Brenners erloschen ist, wird der Elektromagnet 34 entregt, worauf die Schließfeder
10 den Ventilteller 6 relativ auf den Ventilsitz 7 führt. Durch die Drehträgheit
der Zahnräder 27 bis 31 wird ein ausreichend schnelles und doch sanftes Schließen
erzielt Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel
beschränkt ist, sondern Abweichungen davon möglich sind, ohne den Rahmen der Erfindung
zu verlassene Insbesondere können einzelne der Erfindungsmerkmale für sich oder
zu mehreren kombiniert Anwendung finden.
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Beispielsweise kann statt eines Tandemmotors auch ein Einzelmotor
verwendet sein, wobei die Erregung des Elektromagneten 34 und die Speisung dieses
Antriebsmotores gemeinsam erfolgen können.
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Der Motor ist so ausgelegt, daß er auch bei festgebremster Abtriebswelle
17 ständig unter Spannung stehen kann. Soll nun ein Schnellschluß erfolgen,
so
werden Motor und Elektromagnet entregt und die Schließfeder 10 schließt das Ventil.
Ebenso kann das Ventil statt mit einer Schließfeder mit einer Öffnungsfeder versehen
sein, wenn das Ventil als Leckgasventil eingesetzt wird, das bei Stromausfall geöffnet
sein muß. Die Schließfeder 10 bzw.
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die an ihrer Stelle eingesetzte Öffnungsfeder bildet eine netzunabhängige
und dadurch zuverlässig einsetzbare Kraftreserve, die die gewünschte Lage des Ventiles
in Ausnahmefällen, bei fletzausfall oder bei Blammenausfall, herbeiführt.
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Es versteht sich, daß anstelle des Kurbeltriebes und der Pleuelstange
16 auch an dem Ventilstößel 5 eine Zahnstange angebracht sein kann, in die ein Ritzel
eingreift, das auf der Abtriebswelle 14 aufgekeilt ist. Auch kann zwischen Umlaufrädergetriebe
und Antriebsmotor statt eines mehrstufigen Stirnradgetriebes ein Schneckenbetriebe
eingeschaltet sein, das ohnedies selbsthemmend ist.
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Ebenso kann das Umlaufrädergetriebe statt zwischen den Zahnrädern
19 20 und 27 auch zwischen den Zahnrädern 27 und 28 oder 28 und 29 oder 29 und 30
vorgesehen sein, wobei lediglich mit zunehmender Nähe zur Abtriebswelle 14 das Umlaufrädergetriebe
für höhere Belastung ausgelegt sein muß.