DE2911569A1

DE2911569A1 - Betaetigungsorgan mit einem federbetaetigten ausfallsicherungsmechanismus

Info

Publication number: DE2911569A1
Application number: DE19792911569
Authority: DE
Inventors: Donald Lionel Hore
Original assignee: Rotork PLC
Current assignee: Rotork PLC
Priority date: 1978-04-07
Filing date: 1979-03-23
Publication date: 1979-10-18
Also published as: IT7967625A0; FR2422094A1; US4289038A; JPS54161117A; IT1118517B

Description

Betätigungsorgan mit einem federbetätigten Ausfallsicherungsmechanismus

Die Erfindung betrifft ein Ausfallsicherungszusatzgerät für Betätigungsorgane, insbesondere ein derartiges Zusatzgerät für elektrisch betätigte Betätigungsorgane, die eine festgelegte Winkelbewegung eines Ausgangsteils erzeugen für den Betrieb einer zu betätigenden teildrehbaren Einrichtung, z.B. eines Vierteldrehungsventils, etwa eines Drosselklappenventils oder Kugelventils. Ein derartiges elektrisch betriebenes Vierteldrehungsorgan dieser Art ist in der DE-OS 2 757 809 beschrieben. Das Ausfallsicherungszusatzgerät nach der Erfindung findet bei einem derartigen Betätigungsorgan besonders dadurch Anwendung, daß es eine Notbetätigung des Betätigungsorgans in eine gewünschte Ausfallsicherungsstel-r lung für den Fall eines Energieausfalls oder während desselben vorsieht, ohne in irgendeiner Weise den normalen Betrieb des Betätigungsorgans zu beeinflußen.

Wenn bisher die Betätigung eines Ventils durch ein Betätigungsorgan unter Energieausfallbedingungen erforderlich war, war irgendeine Form von gespeicherter Energie zur Bewegung des Ventils in seine Ausfallsicherungsstellung wesentlich. Deri Energiespeicher ist für gewöhnlich eine Feder, wobei im allge-i meinen die meisten Federenergie verwendenden kraftverstell- I ten Ventile von einem einzeln wirkenden Betätigungsorgan gegen: eine Rückholfeder gesteuert werden. Bei derartigen Anordnungen muß die Feder in ihrer am meisten ausgedehnten Stellung kräftig genug sein, um die gewünschte Kraft am Ende der Ventilbewegung zu liefern, während das kraftverstellte Betäti-

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gungsorgan kräftig genug sein muß, die Federkraft zu überwinden, die bei Zunahme der Feder ansteigt, und muß die zur Betätigung des Ventils benötigte Kraft liefern. Diese Faktoren bedeuten unvermeidlich, daß das kraftverstellte Betätigungsorgan in der Lage sein muß, das 2- oder 3-faphe der vom Ventil selbst benötigten Kraft aufzubringen. Gleichzeitig muß das Betätigungsorgan solange wirksam bleiben, wie das Ventil gegen die Feder in seiner Stellung gehalten werden soll. Dies ist ein beträchtlicher Nachteil im Fall von elektrisch betätigten Betätigungsorganen, da dies bedeutet, daß ein ständiger elektrischer Energieverlust vorliegt, während das Ventil unbeweglich, d.h. in seiner offenen Stellung, gehalten wird. Dies be-i deutet auch, daß ein Energieverlust automatisch eine Ventilbetätigung verursacht, wenn der tatsächliche Bedarf in einer Einrichtung zur Notbetätigung unter Energieausfallsbedingungen besteht.

Die Hauptaufgabe der Erfindung besteht daher in der Schaffung einer Energiespeichermöglichkeit für eine Feder zur Notbetäti-; gung eines normalerweise von einem elektrisch betätigten, doppelt wirkenden Betätigungsorgan kraftverstellten Ventils ; ohne Verringerung der Energie, die zur Betätigung des Ventils i durch ein gegebenes Betätigungsorgan zur Verfügung steht, und ist die Beseitigung des Problems des ständigen Energiever- : brauchs, während sich das Ventil im Gegensatz zu seiner Not- : Stellung in seiner normalen Stellung befindet. Eine zusätzliche Aufgabe der Erfindung besteht in der Verhinderung einer unnötigen Entspannung der Feder bei Energieausfall, wenn sich das Ventil bereits in der sicheren Stellung befindet.

Wie oben erwähnt, ist die Erfindung insbesondere bei Betäti- ^: gungsorganen für Vierteldrehungsventile anwendbar, wobei in j einer bevorzugten Ausführungsform die Notenergie von einer \ Feder geliefert wird, die von Hand zusammengedrückt wird, bis die benötigte Energie für den Nothub gespeichert ist» ;

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Die Feder treibt eine drehbare Ausfallsicherungs-Nockenplattenkupplung an, die normalerweise gegen eine Bewegung gehalten wird zur Erhaltung der Federbelastung durch eine unter . der Kontrolle eines Elektromagneten stehende Klinke. Der Elektromagnet kann gewickelt sein entweder für einen Netzanschluß ;

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des Betätigungsorgans oder für eine gesonderte sichere Spei- ! sung, z.B. von einer Gleichstrombatterie. Die Anordnung ist so getroffen, daß die Klinke die Federbelastung solange erhält, wie der Elektromagnet erregt bleibt. Wenn der Elektro- _; magnet aberregt wird, z.B. bei Netzausfall, sofern er daran angeschlossen ist, oder bei einer absichtlichen Abschaltung der sicheren Speisung unter Energie.ausfallbedingungen, drückt eine kleine Lösefeder den Anker vom Elektromagneten weg, was ^! eine Hauptfeder gestattet, die Kraft der Klinke zu überwinden i und die Ausfallsicherungs-Nockenplattenkupplung zu drehen. !

Bei Anwendung der Erfindung bei einem in der DE-OS 2 757 809 | beschriebenen Vierteldrehungsbetätigungsorgan ist die Nocken- _; plattenkupplung durch eine Kupplung mit einem angemessenen · Totgang von beispielsweise 110° antreibbar mit einer Schaltnockenplatte verbunden. Die Anordnung ermöglicht dem Betätigungsorgan durch elektrische Energie normalerweise in beiden Bewegungsrichtungen in Abhängigkeit von geeigneten Öffnungs- , und Schließsignalen selbst dann zu arbeiten, wenn die Feder belastet ist. Nur wenn die Klinke freigegeben ist, kann die Feder das Betätigungsorgan vorrangig steuern und durch Drehung der Schaltnockenplatte das Ventil in seine Ausfallsicherungsstellung drücken.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird, angewendet bei einem elektrisch betätigten Vierteldrehungsbetätigungsorgan gemäß der DE-OS 2 757 809, anhand der Zeichnung im einzelnen beschrieben. Darin zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt des Ausfallsiche-

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rungszusatzgeräts nach der Erfindung, das auf das obere Ende der Rotorwelle des Betätigungsorgans aufgesetzt ist;

Fig. 2 einen Schnitt II-II von Fig. 1.

Fig. 1 zeigt einen oberen Raum 10 eines Betätigungsorgans 11, der das Ausfallsieherungszusatzgerät 12 nach der Erfindung enthält.

Das obere Ende einer Rotorwelle 13 ragt in den Raum 10 und ist darin mit einer Schaltnockenplatte 14 und seiner unteren verriegelten Platte 15 versehen. Die Schaltnockenplatte 14 ist bei 16 mit der Rotorwelle 13 verstiftet, die an ihrem unteren Ende am Ventil befestigt ist. Die Funktion der beiden Platten 14 und 15 ist in der DE-OS 2 757 809 beschrieben. Fig. 1 zeigt einen Schalter 17 als Hinweis für die bei der Steuerung des Betätigungsorgans von der Schaltnockenplatte 14 betätigten verschiedenen Schalter. Die Schaltnockenplatte 14 ist in Fig. 2 der Klarheit wegen gestrichelt dargestellt.

Das Ausfallsieherungs se hutzgerät 12 enthält eine Ausfallsicherungs-Nockenplattenkupplung 18, die in Fig. 2 voll ausgezogen dargestellt ist und auf ihrer Unterseite diametral angeordnete Anschläge 18A und 18B aufweist, die mit ähnliche erhalbenen Anschlägen 14A und 14B auf der Schaltnockenplatte 14 in Eingriff kommen können, und zwar bei Drehung der Nockenplattenkupplung 18, die am oberen Ende der Rotorwelle 13 frei befestigt ist.

Der Winkelabstand zwischen benachbarten Seitenrändern der An- j schlage 18A und 18B ist so getroffen, daß der für die Anschläge 14A und 14b vorgesehene Totgang größer als 110° ist. Hierdurch kann sich die Schaltnockenplatte 14 während des

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normalen Betriebs des Betätigungsorgans ganz drehen, ohne durch die Nockenplattenkupplung 18 beeinflußt zu werden.

Bei der dargestellten Ausführungsform gemäß Fig. 2 dreht sich die Rotorwelle 13 im Gegenuhrzeigersinn in ihre Ventilöffnungsstellung, wobei das Ausfallsicherungszusatzgerät 12 so auf die Rotorwelle 13 gepaßt ist, daß es zum Schließen des Ventils die Rotorwelle während der Notbetätigung im Uhrzeigersinn dreht.

Die Nockenplattenkupplung 18 wird während der normalen Betätigung des Betätigungsorgans gemäß Fig. 2 an einer Drehung im Uhrzeigersinn durch eine Sperrklinke 19 gehindert, die mit einem Anschlag 20 an der Nockenplattenkupplung 18 in Eingriff steht. Die Sperrklinke 19 ist bei 21 an einem Verriegelungshebel 22 angelenkt, der seinerseits um einen feststehenden Drehzapfen 23 schwenkt. Der Drehzahpfen 23 ist an einem Tragrahmen 24 befestigt, der von zwei von vier am Gehäuse des Betätigungsorgans befestigten Stützpfosten 25 getragen wird.

Das von der Nockenplattenkupplung 18 über die Sperrklinke auf den Verriegelungshebel 22 ausgeübte, im Uhrzeigersinn wirkende Drehmoment dreht den Verriegelungshebel 22 im Gegenuhrzeigersinn um seinen Drehzapfen 23· Diese Bewegung wird von einer Rolle 26 am Ende des Verriegelungshebels 2 behindert. Die Rolle 26 berührt eine Rampe 27 an einem Magnethebel 28, der an einem am Tragrahmen 24 befestigten Drehzapfen 29 angelenkt ist. Der im Gegenuhrzeigersinn wirkende Druck der Rolle 26 auf die Rampe 27 will den Magnethebel 28 im Uhrzeigersinn drehen, wird aber von einem feststehenden Elektromagnet 30 so lange behindert, wie dessen Wicklung 31 erregt ist. Der Anker 32 des Elektromagnet 30 ist am Magnethebel 28 befestigt. Der Elektromagnet 30 ist mit einer nicht gezeigten elektrischen Energiezufuhr verbunden, so daß der Elektromagnet beim Abschließen aberregt wird, d.h. bei Energieausfall

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oder einer vorsätzlichen Notauslösung.

Die Drehung der Nockenplattenkupplung 18 im Uhrzeigersinn hängt von der gesteigerten Energie einer spiralförmigen Feder 33 ab, die von Hand vorgespannt wird und sich gemäß Fig. 1 ; im Raum 10 über der Nockenplattenkupplung 18 befindet. Die Feder 33 wird mit dem benötigten minimalen Drehmoment an der Anordnung vorgespannt, wenn ihr äußeres Ende an der Wand 34 des tragenden Gehäuses 35 befestigt ist. Dieses Gehäuse ist an einer Grundplatte 36 befestigt, das von den am Gehäuse des Be-_; tätigungsorgans befestigten vier Stützpfosten 25 getragen wird. Das innere Ende 37 der Feder 33 wird von einer Achse 38 gehalten, die von der Feder 33 im Uhrzeigersinn gedreht wird. Die Nockenplattenkupplung 18 ist über Mitnehmer 39 unmittelbar mit der Achse 38 verbunden. Diese Achse kann zum Spannen der Feder 33 durch einen äußeren Knopf 40 von Hand gedreht werden. Dieser Knopf ist in einem oberen Deckel 41 des Betätigungsorgans drehbar gehalten und weist einen antreibenden Stift 42 auf, der in eine Keilnut 43 in der Achse 38 eingreift. '.

Unter der Annahme, daß der Elektromagnet 30 erregt ist, kann das Ausfallsicherungszusatzgerät 12 durch Drehen des Knopfs 40 im Gegenuhrzeigersinn in Betrieb gesetzt werden. Der Knopf 40 spannt die Feder 33 und dreht auch die Nockenplattenkupplung 18 im Gegenuhrzeigersinn. Das Zusatzgerät 12 ist in Betrieb gesetzt, wenn die Nockenplattenkupplung 18 gemäß Fig. 2 durch Eingriff des Anschlags 20 mit der Sperrklinke 19 verriegelt ist. Während der im Gegenuhrzeigersinn erfolgenden : Drehung der Nockenplattenkupplung 18 gegen eine Feder ist die j

Sperrklinke 19 um den Drehzapfen 21 im Uhrzeigersinn frei ^; drehbar und ermöglicht ein Überfahren der Nockenplattenkupplung 18. Die Sperrklinke 19 springt dann zurück in ihre Betriebslage gegen einen vom Yerriegelungshebel 22 abstehenden j Rand 45-

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Fig. 2 zeigt das Betätigungsorgan am Ende seiner Bewegung im
Gegenuhrzeigersinn. An diesem Ende befindet sich das Ventil
in seiner Öffnungsstellung. In diesem Zustand des Betätigungsorgans befindet sich die Grenzschaltnockenplatte 14 in der
dargestellten Stellung, wobei die Anschläge 14A, 14B dicht an . die Anschläge 18A bzw. 18B an der Nockenplattenkupplung 18 ; angrenzen.

Im Fall einer Aberregung des Elektromagnet 30 durch Energieausfall usw. löst der Elektromagnet seine Haltewirkung am ! Magnethebel 28, der dann durch die von der Rolle 26 auf die ^; Rampe 27 ausgeübte Kraft um seinen Drehzapfen 29 im Uhrzei- ; gersinn schwenkt. Diese Kraft wird durch die in der Feder 33 j gespeicherte Energie erzeugt, die über die Nockenplattenkupp- ; lung 18 auf die Sperrklinke 19 übertragen wird, die den Verriegelungshebel 22 im Gegenuhrzeigersinn um seinen Drehzapfen ; 23 dreht. Die im Uhrzeigersinn erfolgende Drehung des Magnet- ; hebeis 28 ermöglicht eine im Gegenuhrzeigersinn erfolgende ; Drehung des Verriegelungshebels 22, der von der Nockenplatten-j kupplung 18 weggedrückt wird, die dann von der Feder 33 über ] die Achse 38 im Uhrzeigersinn gedreht wird. Die im Uhrzeiger- i sinn erfolgende Drehung der Nockenplattenkupplung 18 wird dann, durch die Anschläge 18A und 14A sowie 18B und 14B auf die ; Schaltnockenplatte 14 übertragen, die ihrerseits im Uhrzeiger-' sinn gedreht wird zur Drehung der Welle 13 in ihre mechanische Bewegungsgrenze, in der sich das Ventil in seiner geschlossenen ausfallsicheren Stellung befindet.

Die Schaltnockenplatte 14 ist am Anschlag 14B mit einer ge- j

neigten Fläche 46 versehen, die zur Zurückstellung des Ver- i

riegelungshebels in der Ausfallsicherungsstellung eine ein- ;

stellbare Anschlagschraube 27 am Verriegelungshebel 22 be- \

rührt. Der Magnethebel 28 wird dann durch eine mit dem Trag- j rahmen 24 verbundene Zugfeder 48 zurückgestellt.

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Die im Uhrzeigersinn erfolgende Drehung der Nockenplattenkupplung 18 erfolgt auch zur Betätigung eines Schalrers 49 (Fig. 2), der einen Verlust an Federspannung signalisieren und auch jegliche weitere elektrische Betätigung des Betätigungsorgans verhindern kann, bis die Feder 33 durch die im Gegenuhrzeigersinn erfolgende Bewegung der Nockenplattenkupplung 18, wie vorher beschrieben, neu gespannt ist.

Sämtliche aus der Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und Vorteile der Erfindung, einschließlich konstruktiver Einzelheiten und räumlicher Anordnungen, können sowohl für sich als auch in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.

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Claims

BROSE^DKa BROSE

Diplom Ingenieure

D-8023 Munchen-Puiiach Wiener Sir?: Tel. (U89) ? 93;^J0 71, lelax &212Ι-Ί? bms ;l Ctiblos. ■ i";i!ent;bus ■ Munchuii

ihrze.cr.en Case 93235 T_ag: 23. März 1979

Your ·: -f Dato

ROTORK LIMITED, Brassmill Lane, Lower Weston, Bath, Somerset BA1 3Ja, England

Patentansprüche

Betätigungsorgan mit einem federbetätigten Ausfallsicherungsmechanismus ,

dadurch gekennzeichnet, daß der Ausfallsicherungsmechanismus eine ihn unwirksam machende elektrische Einrichtung (30) aufweist, daß der Ausfallsicherungsmechanismus im unwirksam gehaltenen Zustand vom normalen Betrieb des Betätigungsorgans (11) abhängig ist, und daß der Ausfallsicherungsmechanismus durch einen Ausfall der elektrischen Energiezufuhr unwirksam gemacht wird zur Bewegung des Betätigungsorgans (11) in eine vorgegebene Äusfallsicherungsstellung durch die gespeicherte Energie der Federkraft.

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2. Betätigungsorgan nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß es doppelt wirkend ist, und daß der Ausfallsicherungsmechanismus im unwirksam gehaltenen Zustand vom Betrieb des Betätigungsorgans (11) in beiden Bewegungsrichtungen unabhängig ist.
3· Betätigungsorgan nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß es elektrisch betrieben wird, und daß der Ausfallsicherungsmechanismus durch einen Ausfall der elektrischen Energiezufuhr wirksam gemacht wird.
4. Betätigungsorgan nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet , daß es ein teildrehbares Betätigungsorgan (11) ist, bei dem eine Schaltnockenplatte (14) an einer drehbaren Ausgangswelle (13) befestigt ist zur Betätigung von Schaltern (49) für die Steuerung des Betätigungsorgans (11), und daß der Ausfallsicherungsmechanismus eine federbetätigte Nockenplattenkupplung (18) enthält für einen antreibenden Eingriff mit der Schaltnockenplatte (14) bei Ausfall der elektrischen Energiezufuhr.
5- Betätigungsorgan nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß während des normalen Betriebs des Betätigungsorgans (11) die Schaltnockenplatte (14) unabhängig von der Nockenplattenkupplung (18) in beiden Drehrichtungen des Betätigungsorgans (11) frei dreh-j bar ist.
6. Betätigungsorgan nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Nockenplattenkupplung (18) gegen Drehung durch eine Klinkeneinrichtung (19,20) gehalten wird, die beim Abschließen der Wicklung (31) eines Eliek'tromägneten (30) zur Freigabe der Nockenplattenkupplung (18) unwirksam gemacht wird.

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7. Betätigungsorgan nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Klinkeneinrichtung (19, 20) eine mechanische Verriegelung (22-29) aufweist zur Verhinderung des Betriebs der Klinkeneinrichtung (19,20) und zur Freigabe der Federkraft, wenn sich das Betätigungsorgan in seiner vorgegebenen Ausfallsicherungsstellung befindet.
8. Betätigungsorgan nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (33) des Ausfallsicherungsmechanismus für jeden Ausfallsicherungsvorgang von Hand gespannt wird.
9. Betätigungsorgan nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß ein oder mehrere Schaltkontakte gemacht werden, wenn die Feder (33) gespannt und verriegelt wird.
10. Betätigungsorgan nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß einer der Schaltkontakte dazu verwendet wird, die Kraftverstellung des Betätigungsorgans (11) vor dem Spannen der Feder (33) zu verhindern.

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