WO2001090621A1 - Dämpfungseinrichtung für einen sicherheitsantrieb eines stellantriebs sowie stellantrieb - Google Patents

Abstract

Dämpfungseinrichtung (35) für einen Sicherheitsantrieb (13) eines Stellantriebs (1) für eine Armatur oder dergl. Stellglied, wobei der Sicherheitsantrieb (13) in einem Störfall, bei einem Energieausfall, zur Stellung des Stellgliedes in eine vorgegebene Sicherheitsstellung unter Dämpfung durch die Dämpfungseinrichtung (35) aktivierbar ist, welche Dämpfungseinrichtung (35) einen Energiewandler aufweist, wobei der Energiewandler einen mit dem Sicherheitsantrieb (13) verbundenen elektrischen Generator (5) zur Umwandlung von Bewegungsenergie in elektrische Energie und eine mit dem Generator (5) verbundene elektrische Last (28) aufweist.

Description

Dämpfungseinrichtung für einen Sicherheitsantrieb eines Stellantriebs sowie Stellantrieb

Die Erfindung betrifft eine Dämpfungseinrichtung für einen Sicherheitsantrieb eines Stellantriebs für eine Armatur oder dergl . Stellglied, wobei der Sicherheitsantrieb in einem Störfall, bei einem Energieausfall, zur Stellung des Stellgliedes in eine vorgegebene Sicherheitsstellung unter Dämpfung durch die Dämpfungseinrichtung aktivierbar ist, welche Dämpfungseinrichtung einen Energiewandler aufweist.

Stellantriebe, insbesondere elektrische Stellantriebe, gegebenenfalls aber auch hydraulische oder pneumatische Stellantriebe, dienen beispielsweise zur Betätigung von Armaturen, wie Schiebern, Klappen oder dergl. Steuerorganen in Medienleitungen, etwa im Bereich von Kraftwerken, Raffinerien, in der Papier- und Zellstoffindustrie, Abwasserreinigung usw. . Diese Stellantriebe- können dabei als Schubantriebe, Schwenkantriebe oder Drehantriebe ausgeführt sein und enthalten einen elektrischen Motor, dessen Drehbewegung über Getriebeeinrichtungen in eine gewünschte Stellbewegung (z.B. geradlinige Antriebsbewegung, Schwenkbewegung oder Drehbewegung) umgesetzt wird. Zusätzlich ist in derartigen Stellantrieben ein Sicherheitsantrieb mit einem mechanischen Energiespeicher (z.B. in Form von Federn, wie insbesondere Tellerfedernpaketen, gegebenenfalls aber auch z.B. in Form von Fallgewichten) eingebaut, um im Falle einer Störung, wenn die Antriebskraft des Motors bzw. dessen Haltekraft (oder aber die Haltekraft einer zugeordneten elektrischen Bremseinheit) ausfällt, das Stellglied in eine vorgegebene Sicherheitsstellung (z.B. "offen" oder aber "geschlossen") zu überführen. Dies würde ohne Dämpfung mehr oder weniger schlagartig geschehen, . was unter anderem zu einem starken Rückschlag beim Auftreten des bewegten Teils auf einen Anschlag, z.B. eines Ventilkörpers auf einen Ventilsitz, führt. Um ein derartiges "Explodieren" der Stellgeschwindigkeit bzw. exorbitant hohe. Drehzahlen im Sicherheitsfall (sog. "Fail-Safe"-Fall) bei geringen Momenten zu verhindern, werden Dämpfungseinrichtungen vorgesehen, die derzeit regelmäßig durch oldämpfer mit Geschwindigkeits-proportionaler Dämpfungscharakteristik realisiert werden. Derartige Oldämpfer sind jedoch nicht nur relativ aufwendig in der Herstellung und Wartung, sie ermöglichen auch nur in äußerst geringem Maße die Erzielung spe- zieller Dämpfungskennlinien, wie sie vielfach erwünscht wären.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Dämpfungseinrichtung wie eingangs angegeben vorzusehen, die konstruktiv einfach und platzsparend sowie wartungsfreundlich ist, und die die Festlegung der verschiedensten Dämpfungscharakteristika im Hinblick auf eine individuelle Adaptierung der Dämpfung für den jeweiligen Stellantrieb ermöglicht.

Die erfindungsgemäße Dämpf ngseinrichtung der eingangs angeführten Art ist dadurch gekennzeichnet, dass der Energiewandler einen mit dem Sicherheitsantrieb verbundenen elektrischen Generator zur Umwandlung von Bewegungsenergie in elektrische Energie und eine mit dem Generator verbundene elektrische Last aufweist.

Anders als bei den bekannten Öldämpfern, wo Bewegungsenergie mit Hilfe von Verdrängern und Drosseln "vernichtet" wird, d.h. in Wärmeenergie umgewandelt wird, wird beim vorliegenden Konzept ein elektronischer Dämpfer realisiert, bei dem vom Generator, der vom Sicherheitsantrieb im Störfall angetrieben wird, ein elektrischer Strom erzeugt, der einer elektrischen Last zugeführt wird, wo zur Dämpfung beispielsweise eine Wärmeverlust-Leistung produziert oder die zugeführte elektrische Energie in sonstiger Weise verwertet, gegebenenfalls gespeichert, wird, wobei der Generator gebremst wird. Dabei kann durch entsprechende Auslegung der elektrischen Last auf einfache Weise eine spezielle Dämpfungscharakteristik erzielt werden, und die Ausbildung dieses elektronischen Dämpfers insgesamt ist vergleichsweise einfach, sauber und platzsparend. An sich kann hier ein eigener Generator eingesetzt werden, für eine zusätzliche Vereinfachung wird jedoch ein Motor/Generator mit Permanenterregung oder mit Selbsterregung verwendet, der zugleich den Motor für den elektrischen Stellantrieb bildet. Dadurch wird eine weitere Platzeinsparung erzielt, da der Motor/Generator an sich bereits für den Stellantrieb benötigt wird, und als zusätzliche Komponenten für die Dämpfungseinrichtung nur mehr elektronische Komponenten erforderlich sind, welche mit geringstem Aufwand im jeweiligen Stellantrieb integriert werden können.

Ein wesentlicher Vorteil des vorliegenden elektronischen Dämpfers ist auch, dass im Vergleich zu Öldämpfern größere Einstellbereiche erzielbar sind, wobei insbesondere die Dauer der Stellzeit im Störfall (die sog. fail-safe-Zeit) lange sein kann; lange Verstellzeiten sind hingegen bei Öldämpfern kritisch bzw. nicht möglich. Andererseits kann es bei einem zu schnellen Schließen in Leitungen zu sog. Wasserschlag-Effekten kommen.

Aus schaltungstechnischen Gründen sowie aus Gründen einer einfachen Dämpfungseinstellung ist es weiters vorteilhaft, wenn die elektrische Last vom Generator über eine Gleichrichterschaltung gespeist wird. Dabei kann die Gleichrichterschaltung je nach Ausbildung des Generators mit einem einfachen Gleichrichter, mit einem Zweiweg-Gleichrichter oder aber auch, im Fall eines Dreiphasen-Systems, mit sechs Gleichrichtern ausgebildet sein.

Zum Einstellen der Dämpfung je nach Anwendungsfall könnte an sich jeweils eine passende elektrische Last in der Dämpfungseinrichtung angebracht werden. Im Hinblick auf einen einfachen, einen nachträglichen Einbau der elektrischen Last erübrigenden Aufbau der Dämpfungseinrichtung ist es jedoch vorteilhaft, wenn die elektrische Last einstellbar ist. Im einfachsten Fall wäre zur Einstellung der elektrischen Last hinsichtlich Wärmeverlustleistung beispielsweise ein Potentiometer möglich. Um jedoch für die spezifische Einstellung der jeweiligen Dämpfung weitere Möglichkeiten zu haben, ist es von besonderem Vorteil, wenn der elektrischen Last ein Dämpfungs-Steuerkreis mit Einstellelementen zugeordnet ist. Dabei ist es zur Erzielung eines einfachen Schutzes für den Generator zweckmäßig, wenn der Steuerkreis ein Strombegrenzer-Einstellelement aufweist. (Das Drehmoment des Generators ist eine Funktion des Stromes.) Zur Stabilisierung der Drehzahl (die proportional zur Spannung ist) kann ein spannungsabhängiges Einstellelement, z.B. eine Zenerdiode, vorgesehen werden. Weiters kann, um die Dämpfung erst ab einer bestimmten Drehzahl wirksam werden zu lassen, mit Vorteil vorgesehen werden, dass der Steuerkreis ein Dämpfungsbeginn-Einstellelement, beispielsweise ein Anfangsspannungs-Einstellpotentiometer in einer Vergleichsschaltung aufweist. Dabei macht man sich den Umstand zu Nutze, dass die vom Generator abgegebene Spannung eine lineare Funktion der Drehzahl ist.

Um die Geschwindigkeit, mit der die Dämpfung der vorliegenden Dämpfungseinrichtung wirksam wird, je nach Anwendungsfall einfach einstellen zu können, ist es günstig, wenn der Steuerkreis ein Einstellelement zur Einstellung der Steigung einer Dämpfungs-Kennlinie aufweist. Bei einer flachen Steigung erfolgt eine sanfte Dämpfung, bei einer steilen Kennlinie ist die Dämpfung "hart" . Die Dämpfungseinrichtung mit den vorstehenden Einstellelementen kann ohne weiters mit herkömmlichen Schaltungskomponenten, insbesondere mit Potentiometern und Operationsverstärkern, aufgebaut werden. Für eine besonders wirksame Einstellung und Steuerung der Dämpfung, wobei auch automatisch Informationen über den Generator bzw. Motor/Generator verarbeitet werden, ist es von Vorteil, wenn der Steuerkreis durch einen Mikrocomputer mit zumindest einem Parametrierungs-Eingang gebildet ist. Mit einem derartigen Mikrocomputer kann über dessen Eingang je nach Stellantrieb und Armatur eine entsprechende Parametrierung vorgenommen werden, wobei die so eingegebenen Einstellwerte oder Parameter im Speicher des Mikrocomputers abgespeichert werden. Diese Parametrierung kann dabei den Beginn der Dämpfung, die Steigung der Dämpfungskennlinie sowie den Wert, bei dem die Drehzahl-Stabilisierung erfolgt, abhängig vom verwendeten Generator beinhalten. Zusätzlich können wie erwähnt automatisch Generator-Daten bzw. Motor/Generator-Daten verwendet werden, wobei es insbesondere vorteilhaft ist, wenn der Mikrocomputer als Subsystem an einen, Motor-spezifische Daten liefernden Masterelektronikkreis angeschlossen ist. Ein derartiger Masterelektronikkreis ist regelmäßig vorhanden und dem elektrischen Motor des Stellantriebs zu dessen Ansteuerung im Normalbetrieb zugeordnet.

Bei den vorbeschriebenen Dämpfungseinrichtungen kann somit in der Praxis immer eine bestimmte Dämpfung erreicht werden, indem ein bestimmter Strom vom Generator gezogen und in der elektrischen Last verwertet bzw. durch Umwandlung in Wärmeenergie vernichtet wird.

Eine besonders einfache Dämpfungsschaltung, allerdings mit bloß beschränkten Einstellmöglichkeiten, kann erzielt werden, wenn die elektrische Last durch zumindest eine Zenerdiode gebildet ist. Eine derartige Zenerdiode beschränkt die Spannung nach oben, und es kann so beispielsweise festgelegt werden, dass bis zu einer Spannung von angenommen 120 Volt keine Dämpfung erfolgt und ab dieser Spannung, der Zenerspannung der Zenerdiode, ein sehr starker Dämpfungseffekt und somit eine Drehzahl-Stabilisierung erfolgt .

Die Erfindung betrifft auch einen Stellantrieb mit einer Dämpfungseinric tung wie vorstehend angegeben, wobei die im Stellantrieb vorhandenen Getriebeelemente nicht-selbsthemmend sind. Weiters ist es im Falle, dass der Generator der Dämpfungs- einrichtung durch den Motor/Generator des elektrischen Stellantriebs selbst gebildet ist, d.h. durch einen Motor mit Selbstoder Permanenterregung, von besonderem Vorteil, wenn der Motor/Generator über einen elektrisch betätigten Umschalter im Normalbetrieb mit einem Motorsteuerkreis und im Störfall, bei Energieausfall, mit der elektrischen Last verbunden ist. Der Umschalter kann dabei ein Relais oder Schütz sein, wobei in der Ruheposition die Verbindung vom Motor/Generator zur elektrischen Last hergestellt wird. Im Fall eines Stromflusses wird der Umschalter in seine Arbeitsstellung gebracht, in der der Motor/Generator an den Motorsteuerkreis, z.B. mit einem Frequenzumsetzer, angeschaltet ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von in der Zeichnung veranschaulichten bevorzugten Ausführungsbeispielen, auf die sie jedoch nicht beschränkt sein soll, noch weiter erläutert. Es zeigen:

Fig.l schematisch einen elektrischen Spindelantrieb mit linear bewegter Spindel zur Betätigung einer nicht näher dargestellten Armatur;

Fig.lA einen Teil dieses Spindelantriebs im Axialschnitt und in größerem Maßstab;

Fig.2 in einer schematischen Darstellung einen Spindelantrieb mit einer 90°-Stellbewegung;

Fig.3 ein Blockschaltbild einer elektronischen Dämpfungseinrichtung für den Stellantrieb von Fig.l oder Fig.2;

Fig.4 ein Detail-Schaltbild der Gleichrichterschaltung dieser Dämpfungseinrichtung;

Fig.5 ein detaillierteres Schaltbild der Spannungsversor- gungs-Schaltung zur Eigenversorgung der Dämpfungseinrichtung;

Fig.6 ein detaillierteres Schaltbild eines mit diskreten Bauelementen aufgebauten Steuerkreises einer solchen Dämpfungseinrichtung;

Fig.7 eine typische Dämpfungs-Kennlinie; und

Fig.8 ein Schaltbild einer einfachen elektronischen Dämpfungseinrichtung für einen Stellantrieb gemäß Fig.l oder 2.

In Fig.l und 1A ist ein elektrischer Stellantrieb 1 in Form eines Schubantriebs gezeigt, welcher über einen Armaturen-An- schlussflansch 2 an einem Gehäuse einer Armatur (nicht gezeigt) befestigt wird. Dieser Anschluεsflansch 2 ist mit einem "Linear"- Gehäuse 3 fest verbunden, mit dem ein seitlich abstehendes Ge- häuse 4 fest verbunden ist, das einen Antriebsmotor 5 samt zugehöriger Motorbremse und Dämpfungseinrichtung aufnimmt. Dieser Motor 5 treibt über eine nicht-selbsthe mend ausgeführte Motorschnecke 6 und ein Überlagerungs-Getriebe (nicht-selbsthemmendes Planetengetriebe) 7 eine ebenfalls nicht-selbsthemmend ausgeführte Planeten-Rollenspindel 8 an, die eine Spindelmutter 9 axial durchsetzt. Für die Spindel 8 ist weiters eine Axiallagerung 10 vorgesehen.

Die Spindelmutter 9 ist, wie mit einem Doppelpfeil in Fig.l ersichtlich, linear bewegbar, und sie ist gegenüber dem Gehäuse 3 verdrehgesichert. An die Spindelmutter 9 ist unterseitig ein Schubrohr 11 angeschlossen, welches mit einem Spindelanschluss 12 zur Verbindung mit der Spindel der Armatur (nicht gezeigt) versehen ist. Dieses Schubrohr 11 ist außen von einem mechanischen Sicherheitsantrieb 13 umgeben, welcher beispielsweise mit einem Tellerfedernpaket 14 als mechanischer Energiespeicher ausgebildet ist, wobei sich dieses Tellerfedernpaket 14 im gezeigten Ausführungsbeispiel einerseits am Gehäuse 3, nämlich gemäß Fig.lA am Armaturen-Anschlussflansch 2, und andererseits an einem mit der Spindelmutter 9 verbundenen Teil (gemäß Fig.lA mit einer Druckplatte 15 am Schubrohr 11) abstützt; bei der in Fig.lA gezeigten Ausführungsform ist die Sicherheitsstellung die Offenstellung der Armatur, wobei das Tellerfedernpaket die Spindelmutter 9 nach oben drückt; wenn die "Fail-Safe"-Stellung die Schließposition ist, wäre die Druckplatte 15 im unteren Endbereich des Schubrohres 11 anzubringen, und das Tellerfedernpaket 14 würde sich mit dem anderen, oberen Ende am oberen Gehäuseflansch 2' abstützen. In beiden Fällen kann dadurch die Kraft vom Tellerfedernpaket 14 über die Druckplatte 15 und das Schubrohr 11 auf die Spindelmutter 9 - entweder nach oben oder nach unten - übertragen werden. Das Tellerfedernpaket 14 ist gemäß Fig.lA in einem Federntopf 16 untergebracht. Unterhalb des Anschlussflansches 2 ist ein mechanischer Endanschlag 17 am Schubrohr 11 befestigt, wobei das Schubrohr 11 mit diesem Endanschlag 17 am Anschlussflansch 2 unterseitig zur Anlage kommt, wenn sich die Spindelmutter 9 in ihrer obersten Position befindet (s. die Darstellung in Fig.lA entsprechend einer Offen-Position) .

Beim vorliegenden Stellantrieb 1 gemäß Fig.l und 1A ist somit die Sicherheitsstellung für die Armatur die Offen-Stellung, in der die Spindelmutter 9 mit dem Schubrohr 11 die in Fig.lA ersichtliche obere Position einnimmt, in die sie vom Tellerfedernpaket 14 gedrückt wird, wenn vom Motor 5 - im Störfall, aufgrund eines Energieausfalls - keine Gegenkraft in Richtung Schließen der Armatur aufgebracht wird und auch keine Haltekraft wirksam ist. Wesentlich ist dabei, dass alle angesprochenen Getriebeelemente 6, 7, 8, 9 nicht-selbsthemmend ausgeführt sind, so dass^' die Kraft des Tellerfedernpakets 14 in Aufwärtsrichtung zur Aufwärtsbewegung des Schubrohres 11 führen kann. Bei dieser Si- cherheits-Aufwärtsbewegung wird auch der Motor 5 über die Motorschnecke 6 drehend angetrieben, wobei dieser Motor 5, der beispielsweise ein permanenterregter Motor (oder ein Motor mit Selbsterregung) ist, als Generator betrieben wird, wie nachstehend noch näher anhand der Fig.3 ausgeführt werden wird.

Der Vollständigkeit halber ist in Fig.l weiters noch ein aus Sicherheitsgründen vorzusehendes Handrad 18 zur händischen Betätigung der nicht gezeigten Armatur dargestellt; dieses Handrad 18 ist über eine Art Freilaufeinrichtung (Lastmomentsperre) 19 mit der Sonnenrad-Welle des Planetengetriebes 7 verbunden, wobei im Normalbetrieb, wenn der Motor 5 läuft, das Handrad 18 nicht angetrieben wird^'. Wenn jedoch händisch das Handrad 18 verdreht wird, kuppelt die Lastmomentsperre 19 das Handrad 18 mit der Sonnenrad-Welle 20.

Schließlich ist in Fig.l noch schematisch im Bereich des elektronischen bzw. elektrischen Teils, mit dem Motor 5 samt Bremse und Dämpfungseinrichtung, eine Benutzer-Schnittstelle 21 veranschaulicht, über die elektronisch Einstellungen für den Motor 5_. sowie für die Dämpfungseinrichtung vorgenommen werden können.

In Fig.2 ist ein etwas modifizierter elektrischer Stellantrieb 1 mit einer 90°-Fail-Safe-Einrichtung gezeigt; dabei sind Teile entsprechend solchen, wie sie auch in der Ausführung gemäß Fig.l und 1A vorhanden sind, mit denselben Bezugszeichen versehen, und eine neuerliche Erläuterung dieser Teile, soweit sie gleich sind und gleich wirken, kann sich nachfolgend erübrigen. Es wird daher im Folgenden nur auf die Unterschiede in der Bauweise dieses Stellantriebs 1 gemäß Fig.2 im Vergleich zu jenen gemäß Fig.l und 1A eingegangen.

Beim Stellantrieb 1 gemäß Fig.2 treibt die Spindelmutter 9 über ein Abwicklungsgetriebe 22, welches eine Umsetzung auf eine 90°-Bewegung realisiert, und über eine Kupplung eine Armaturen- welle 23 an, die in einem Gehäuseteil mit einem Armaturen-An- schlussflansch 2' an einem hier als 90°-Gehäuse 3' ausgeführten Hauptgehäuse gelagert ist. Auch hier sind alle Getriebeelemente 6, 7, 8, 9, 22 nicht-selbsthemmend, damit im Störfall die vom Tellerfedernpaket 14 auf die Spindelmutter 9 ausgeübte Kraft zum einen die Armaturenwelle 23 drehend antreiben kann und zum anderen auch den permanenterregten Motor 5 antreiben kann, um diesen als, Generator wirken zu lassen.

Um hierbei eine Dämpfung der Sicherheitsantriebs-Bewegung zu erreichen, ist eine elektronische Dämpfungseinrichtung in Verbindung mit dem Motor/Generator 5 vorgesehen, wobei das Prinzip dieser Dämpfungseinrichtung in Fig.3 veranschaulicht ist.

Wie aus Fig.3 ersichtlich, treibt das Tellerfedernpaket 14 oder allgemein der Sicherheitsantrieb 13 über die in Fig.3 in allgemeiner Form mit 24 bezeichnete mechanische Umsetzung (vgl. die Elemente 6 bis 9 in Fig.l und 2) den Motor/Generator 5 an, wenn ein Störfall auftritt, in dem die den elektrischen Stellantrieb 1 (Fig.l und 2) antreibende elektrische Energie ausfällt. Bei einem derartigen Energieausfall wird ein den Motor/Generator 5 zugeordneter Umschalter 25 aus seiner in Fig.3 strichliert dargestellten Arbeitsstellung, in der der Motor/Generator 5 an eine Motorsteuerung mit Frequenzumformer, in Fig.3 bei 26 gezeigt, angeschlossen ist, in seine Ruhestellung gebracht, in der über einen Gleichrichter 27 eine Verbindung zu einer steuerbaren elektrischen Last 28 hergestellt wird. In diesem Energieausfall- Betrieb treibt der Sicherheitsantrieb 13 über die Umsetzung 24 den permanenterregten Motor/Generator 5 an, so dass dieser als Generator wirkt und eine Spannung über den Gleichrichter 27 an die Last 28 abgibt. Eine in Fig.3 weiters gezeigte elektromecha- nische Bremse 29, die im Normalbetrieb zum Feststellen der Position des Motor/Generators 5 und damit zum Fixieren einer Armaturen-Einstellung verwendet werden kann, ist in diesem Störfall ebenso ström- und damit funktionslos.

Der steuerbaren Last 28 ist ein Steuerkreis 30 zugeordnet, welcher über einen eigenen Spannungsversorgungskreis 31, der an den Ausgang des Gleichrichters 27 angeschlossen ist, mit einer Gleichspannung versorgt wird. Weiters hat der Steuerkreis 30 einen Eingang 32 zur Parametrierung sowie einen Eingang 33 für eine externe Dämpfungscharakteristik-Vorgabe. Der Steuerkreis 30 kann beispielsweise durch einen Mikrocomputer (μC) realisiert sein, der über einen eigenen Speicher verfügt, um die eingegebenen Dämpfungsparameter zu speichern und so entsprechend den eingestellten Werten, abhängig von der Armatur, der der Stellantrieb zugeordnet ist, sowie auch abhängig vom Stellantrieb bzw. dessen Federantrieb 14 sowie von den Motor/Generator-Kennwerten die Energievernichtung in der Last 28 zu steuern. Der Steuerkreis 30 kann dabei als Subsystem auch an einen Masterelektronikkreis 34 angeschlossen sein, der mit dem Motor/Generator 5 in Verbindung steht und die entsprechenden Motordaten verfügbar hat, um sie dem Steuerkreis 30 zuzuleiten. Dadurch kennt der beispielsweise durch einen μC realisierte Steuerkreis 30 die Spannung und die Drehzahl des Motor/Generators 5, und er kann abhängig davon die Last 28 so ansteuern, dass die gewünschte Dämpfungscharakteristik der elektronischen Dämpfungseinrichtung - die in Fig.3 insgesamt mit 35 bezeichnet ist - erhalten wird. Auf diese Weise kann durch die entsprechende Ansteuerung der Last 28 durch den Steuerkreis 30 eine bestimmte Dämpfung eingestellt werden, indem ein bestimmter Strom vom Motor/Generator 5 gezogen wird. Die DämpfungsCharakteristik kann dabei beispielsweise derart eingestellt werden, dass bis zu einer bestimmten AnfangsSpannung, z.B. V^ = 120 V, (s. auch Fig.6 und 7) keine Dämpfung bzw. Bremsung des Motor/Generators 5 erfolgt. Je kleiner diese AnfangsSpannung V_Aaf und je steiler die Kennlinie (s. Fig.7) ist, desto kleiner bildet sich die Generatordrehzahl aus; dadurch sind lange Stellzeiten für die Überführung der zugeordneten Armatur in die Sicherheitsstellung realisierbar, eine Funktion, die bei herkömmlichen Öldämpfern praktisch nicht zu erreichen ist. Um den Motor/Generator 5 zu schützen, wird der Strom nicht weiter erhöht.

In Fig.4 ist eine spezielle Schaltung für den Gleichrichter 27 im Falle eines Dreiphasen-Motor/Generators 5 mit Permanenterregung, wie in Fig.3 dargestellt, gezeigt, wobei insgesamt sechs Gleichrichterdioden für eine Allweg-Gleichrichtung sorgen. Die vom Gleichrichter 27 abgegebene Spannung ist mit Vgl bezeichnet. Diese Spannung Vgl wird an die Last 28 angelegt, und ebenso wird sie dem Spannungsversorgungsteil 31 zugeführt, von dem eine Ausführungsform in Fig.5 als Beispiel gezeigt ist. Dabei ist eine Zenerdiode 36 in Serie mit einem Vorwiderstand 37 geschaltet, und parallel zur Zenerdiode 36 ist ein Kondensator 38 angeschlossen, an dessen positiver Elektrode die stabilisierte VersorgungsSpannung V+ für den Steuerkreis 30 abgenommen werden kann. In Fig.6 ist sodann ein Schaltbild eines Steuerkreises 30 samt Last 28 gezeigt, wobei als Last 28 ein Widerstand 39 in Serie mit einem Feldeffekt-Transistor (FET) ^'40 dient, über den der Wärmeverlust durch entsprechende Stromsteuerung eingestellt wird. Konkret ist dem FET 40 eine Stromquellenschaltung 41 zugeordnet, die einen Operationsverstärker 42 aufweist, an deren einem Eingang "-" ein dem Iststrom durch die Last 28 entsprechendes, an einem Messshunt 43 abgenommenes Signal zugeführt wird, wogegen dem anderen Eingang "+" ein dem Sollstrom entsprechendes Signal über einen Spannungsteiler 44 zugeführt wird. Dieser Spannungsteiler ist mit dem Ausgang eines Differenzverstärkers 45 verbunden, der ein Potentiometer 46 enthält, mit dessen Hilfe die Steigung der Dämpfungskennlinie 47 (s. Fig.7) eingestellt werden kann, und der zwei Verstärker 47, 48 enthält, deren "-"-Eingänge über das Potentiometer 46 miteinander verbunden sind.

Die "+"-Eingänge der beiden Verstärker 47, 48 des Differenzverstärkers sind an eine Potentiometer-Schaltung 49 für die Einstellung der AnfangsSpannung V_Αnf - ab der eine Dämpfung bewirkt wird - bzw. an einen Spannungsteiler mit Widerständen 50, 51 als Maß für die Ist-Spannung, d.h. für die Drehzahl des Motor/Generators 5, angeschlossen.

Weiters ist in Fig.6 eine Strombegrenzungs-Schaltung 52 mit einem Einstellpotentiometer 53 gezeigt, welche parallel zur Stromquellenschaltung 41 an den Ausgang des Differenzverstärkers 45 angeschlossen ist und durch entsprechende Einstellung des Potentiometers 53 als Einstellelement den Strom auf einen oberen Grenzwert I_G (s. Fig.7) begrenzt.

In Fig.7 ist die Dämpfungs-Kennlinie 47 mit dem Beginn der Dämpfung bei der AnfangsSpannung V_tof sowie mit der Strombegrenzung bei I_G sowie mit einer vorgegebenen, mit Hilfe des Einstellelements 46 eingestellten Steigung (tan ) schematisch veranschaulicht. Ab der AnfangsSpannung V^, d.h. ab einer bestimmten Drehzahl des Motor/Generators 5, wird Strom gezogen und in der Last 28 z.B. vernichtet, d.h. in eine Wärmeverlustleistung umgewandelt. Ab der AnfangsSpannung V^_f steigt der gezogene Strom proportional zur Spannung V bis zur Stromgrenze I_G> wobei die Breite dieses Bereichs, in dem somit die Dämpfung mit der Drehzahl des Motor/Generators 5 linear ansteigt, durch die Einstellung der Steigung mit Hilfe des Potentiometer-Einstellelements 46 eingestellt werden kann. Danach wird der gezogene Strom begrenzt, so dass das Drehmoment des Motor/Generators 5 nicht weiter steigen kann.

In Fig.8 ist schließlich eine ganz einfache Ausführungsform einer elektronischen Dämpfungseinrichtung 35 gezeigt, wobei hier an den Motor/Generator 5 über den Umschalter 25 und den Gleichrichter 27 als elektrische Last 28 einfach eine Zenerdiode 54 angeschaltet ist. Diese Zenerdiode 54 hat eine vorgegebene Zen- erspannung von beispielsweise U_z = 120 Volt, ab der der Strom steil ansteigt.

Selbstverständlich ist es auch möglich, im Falle eines Dreiphasen-Motor/Generators 5 eine Sechsweg-Gleichrichtung wie in Fig.4 gezeigt in Kombination mit einer Zenerdiode 54 zu verwenden, wobei letztere in Fig.4 zwischen der GleichrichterSpannung Vgl und Masse zu schalten wäre.

Mit der beschriebenen elektronischen Dämpfungseinrichtung ist es in vorteilhafter Weise möglich, eine Fail-Safe-Stellbewe- gung mit Hilfe des mechanischen Energiespeichers mit einer Dämpfungscharakteristik zu erzielen, die mit einfachen Mitteln spezifisch auf den jeweiligen Anwendungsfall abgestimmt werden kann, wobei gegebenenfalls auch lange Einstellzeiten erzielbar sind. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass für Prüfzwecke die Energie kurz, etwa für ein paar Sekunden, weggeschaltet werden kann, und über eine im elektrischen Stellantrieb vorhandene Sen- sorik, insbesondere mit einem Weggeber, der der. Spindelmutter 9 (Fig.l und 2) zugeordnet ist, kann festgestellt werden, ob eine "Fail-Safe"-Bewegung erfolgt. Auf. diese Weise wird eine Funktionsprüfung des Fail-Safe Antriebs in regelmäßigen Zeitabständen und bei geringstem Aufwand ermöglicht.

Claims

Patentansprüche

1. Dämpfungseinrichtung (35) für einen Sicherheitsantrieb (.13) eines Stellantriebs (1) für eine Armatur oder dergl. Stellglied, wobei der Sicherheitsantrieb (13) in einem Störfall, bei einem Energieausfall, zur Stellung des Stellgliedes in eine vorgegebene Sicherheitsstellung unter Dämpfung durch die Dämpfungseinrichtung (35) aktivierbar ist, welche Dämpfungseinrichtung (35) einen Energiewandler aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiewandler einen mit dem Sicherheitsantrieb (13) verbundenen elektrischen Generator (5) zur Umwandlung von Bewegungsenergie in elektrische Energie und eine mit dem Generator (5) verbundene elektrische Last (28) aufweist.

2. Dämpfungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (5) durch einen permanent- oder selbsterregten Motor/Generator (5) gebildet ist, der zugleich den Motor für den elektrischen Stellantrieb (1) bildet.

3. Dämpfungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Last (28) vom Generator (5) über eine Gleichrichterschaltung (27) gespeist wird.

4. Dämpfungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Last (28) hinsichtlich ihrer Wärmeverlustleistung einstellbar ist.

5. Dämpfungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrischen Last (28) ein Dämpfungs-Steuerkreis (30) mit Einstellelementen (32, 33; 46, 49, 53) zugeordnet ist.

6. Dämpfungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkreis (30) ein Strombegrenzer-Einstellelement (53) aufweist.

7. Dämpfungseinrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkreis (30) ein Dämpfungsbeginn-Ein- stellelement, beispielsweise ein Anfangsspannungs- Einstellpotentiometer (49) in einer Vergleichsschaltung (47, 48) , aufweist.

8. Dämpfungseinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkreis (30) ein Einstellelement (46) zur Einstellung der Steigung einer Dämpfungs-Kennlinie (47) aufweist.

9. Dämpfungseinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkreis (30) durch einen Mikrocomputer (μC) mit zumindest einem Parametrieruhgs-Eingang (32, 33) gebildet ist.

10. Dämpfungseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrocomputer (μC) als Subsystem an einen, Motor-spezifische Daten liefernden Masterelektronikkreis (34) angeschlossen ist.

11. Dämpfungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Last (28) durch zumindest eine Zenerdiode (54) gebildet ist.

12. Stellantrieb mit einer Dämpfungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 und mit nicht-selbsthemmenden Getriebeelementen (6, 7, 8, 9, 22) .

13. Stellantrieb nach Anspruch.12, mit einer Dämpfungseinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor/Generator (5) über einen elektrisch betätigten Umschalter (25) im Normalbetrieb mit einem Motorsteuerkreis (26) und im Störfall, bei Energieausfall, mit der elektrischen Last

(28) verbunden ist.