Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betätigen eines Schließelements einer Armatur gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.The invention relates to a device for actuating a closing element of a fitting according to the preamble of claim 1.
Armaturen in der Fluidtechnik, beispielsweise ein Kugelhahn, eine Absperrklappe oder ein Absperrschieber, besitzen gewöhnlich ein Schließ- oder Ventilelement, das mittels eines Regelantriebs in eine Öffnungs- und eine Schließstellung gebracht werden kann, wobei der Regelantrieb über einen Hebel und/oder ein Getriebe mit einer Antriebswelle des Schließelements verbunden ist.Fittings in fluid technology, such as a ball valve, a butterfly valve or a gate valve, usually have a closing or valve element, which can be brought by means of a control drive in an open and a closed position, the control drive via a lever and / or a transmission with a drive shaft of the closing element is connected.
Um das Schließ- oder Ventilelement im Falle einer Störung innerhalb des Leitungssystems in kürzester Zeit schließen zu können, sind verschiedenste Sicherheitsvorrichtungen entwickelt worden, die ein Betätigen des Schließ- bzw. Ventilelements unabhängig vom Regelantrieb ermöglichen.In order to close the closing or valve element in the event of a fault within the piping system in the shortest possible time, a variety of safety devices have been developed that allow actuation of the closing or valve element independently of the control drive.
DE 10 2006 050 664 A1 sieht beispielsweise eine Kopplungseinrichtung vor, mit der die Antriebswelle des Antriebs und die Antriebswelle des Schließelements entkoppelt werden können. Dadurch kann im Störfall die Antriebswelle am Schließelement mittels eines Gabelschlüssels zum Öffnen oder Schließen der Armatur betätigt werden. DE 85 02 069 U1 verwendet ebenfalls eine trennbare Kupplung, die in der Triebverbindung zwischen einem Handrad und dem Schließelement angeordnet ist. Löst man die Kupplung über einen Hebel, soll das Schließelement von dem zu schaltenden Medium selbsttätig in Schließstellung gedrückt werden, was jedoch erst dann möglich ist, wenn das Schließelement zuvor über das Handrad in eine bestimmte Winkelposition gebracht worden ist. DE 10 2006 050 664 A1 For example, provides a coupling device with which the drive shaft of the drive and the drive shaft of the closing element can be decoupled. As a result, in case of failure, the drive shaft can be actuated on the closing element by means of a fork wrench for opening or closing the valve. DE 85 02 069 U1 also uses a separable coupling, which is arranged in the drive connection between a hand wheel and the closing element. If the clutch is released by means of a lever, the closing element is to be automatically pressed into the closed position by the medium to be switched, but this is only possible if the closing element has previously been brought into a specific angular position via the handwheel.
Bei hydraulischen Regelantrieben verwendet man gewöhnlich einen zusätzlichen Sicherheitsantrieb in Form eines Fallgewichtsantriebs, mit dem ein definiertes statisches Moment auf die Antriebswelle des Schließelements ausübbar ist. Während des normalen Betriebes der Armatur ist das Fallgewicht angehoben und hydraulisch arretiert. Im Störfall, beispielsweise bei einem Leck im Leitungssystem, wird das angehobene Fallgewicht infolge eines entsprechenden Signals freigegeben und das Schließelement in nur wenigen Sekunden zwangsweise in seine Schließstellung gebracht (siehe dazu beispielsweise DE 1 750 747 A1 ).In hydraulic variable speed drives is usually used an additional safety drive in the form of a falling weight drive, with a defined static torque on the drive shaft of the closing element is exercisable. During normal operation of the valve, the drop weight is raised and hydraulically locked. In the event of a fault, for example in the event of a leak in the pipe system, the raised drop weight is released as a result of a corresponding signal and the closing element is forcibly brought into its closed position in just a few seconds (see, for example, FIG DE 1 750 747 A1 ).
Die hydraulische Arretierung des Fallgewichts hat systembedingt eine innere Leckage, was zur Folge hat, dass die Öffnungsstellung der Armatur unerwünscht verlassen wird. Das angehobene Fallgewicht sinkt daher ab und muss in regelmäßigen Abständen angehoben werden. Hierfür ist eine zusätzliche hydraulische und elektrische Schaltung vorgesehen, die bei Erreichen eines bestimmten Absenkbereichs die Antriebseinheit so ansteuert, dass die Öffnungsstellung der Armatur wieder angefahren wird. Ist jedoch die Überwachung gestört oder fällt diese ganz aus, kann die geforderte Sicherheitsfunktion im Störfall nicht erfüllt und das Schließelement nicht mehr zuverlässig geschlossen werden. Der gesamte Aufbau einer solchen Vorrichtung ist zudem aufwendig und teuer.The hydraulic locking of the drop weight system has an internal leakage, with the result that the open position of the valve is left undesirable. The raised drop weight therefore decreases and must be raised at regular intervals. For this purpose, an additional hydraulic and electrical circuit is provided which, upon reaching a certain Absenkbereichs the drive unit controls so that the open position of the valve is started again. However, if the monitoring is disturbed or fails completely, the required safety function can not be met in the event of a fault and the closing element can no longer be reliably closed. The entire structure of such a device is also complicated and expensive.
Bekannt sind ferner elektrische Stellantriebe für Ventile, deren Stellglieder von einem Elektromotor über ein Zahnrad- oder Schneckengetriebe betätigt und bei Stromausfall von einem in Bereitschaft gehaltenen Federkraftspeicher in eine Sicherheitsstellung, insbesondere in Schließstellung gebracht werden. DE 32 36 293 C2 sieht z. B. vor, dass ein radial verschiebbar gelagertes, normalerweise mit einem benachbarten Getrieberad in Eingriff stehendes Antriebsritzel eines selbsthemmend ausgebildeten Elektromotors von einer unter der Kraftwirkung eines im Stromkreis des Elektromotors liegenden Elektromagneten in Vorspannung festgehaltenen und bei Stromausfall von dem Elektromagneten freigegebenen Auslösefeder aus seinem Eingriff mit dem Getrieberad gelöst wird. Dadurch wird der Federkraftspeicher freigegeben und das Ventil unabhängig von der Stellung des Ventils geschlossen.Electric actuators are also known for valves whose actuators are actuated by an electric motor via a gear or worm gear and are brought into a safety position, in particular in the closed position, in the event of a power failure by a spring-loaded accumulator held in readiness. DE 32 36 293 C2 sees z. Example, that a radially slidably mounted, usually with an adjacent gear engaged drive pinion of a self-locking electric motor held by a force under action of a lying in the circuit of the electric motor electromagnet in bias and released in case of power failure of the electromagnet release spring from his engagement with the gear is released. As a result, the spring force accumulator is released and the valve is closed regardless of the position of the valve.
Von Nachteil hierbei ist, dass der Elektromotor permanent gegen den Federkraftspeicher arbeiten muss. Dies bedingt einen hohen Energieverbrauch und einen hohen Verschleiß. Zum Schließen des Ventilelements muss das Getriebe zudem durchgedreht werden, was jedoch nur dann funktioniert, wenn der Federkraftspeicher entsprechend groß dimensioniert ist, denn dieser muss sowohl die Trägheitskräfte der relativ zueinander bewegten Teile als auch die inneren Reibungskräfte des Getriebes überwinden. Mithin kann das Ventilelement oft nicht in der geforderten Zeitspanne von nur wenigen Sekunden in seine Schließstellung gebracht werden, weil das Getriebe den Schließvorgang zwangsweise verzögert. Neben dem hohen Verschleiß im Getriebe besteht ferner die Gefahr, dass das Getriebe nach der Freigabe des Federkraftspeichers blockiert, wodurch das Ventil überhaupt nicht geschlossen werden kann.The disadvantage here is that the electric motor must work permanently against the spring energy storage. This requires a high energy consumption and high wear. To close the valve element, the transmission must also be turned through, but this only works if the spring energy store is dimensioned correspondingly large, because this must overcome both the inertial forces of the relatively moving parts as well as the internal friction forces of the transmission. Consequently, the valve element can often not be brought into its closed position in the required period of only a few seconds, because the transmission forcibly delays the closing process. In addition to the high wear in the transmission, there is also the danger that the gearbox blocked after the release of the spring force accumulator, whereby the valve can not be closed at all.
DE 42 13 570 C2 offenbart einen elektromotorischen Stellantrieb, in dessen Gehäuse eine mit einem Schließ- bzw. Ventilelement koppelbare, mit einem Außengewinde versehene Verstellspindel verdrehgesichert, jedoch axial beweglich angeordnet ist. Auf deren Außengewinde ist eine mit einem Innengewinde versehene Spindelmutter aufgeschraubt, welche drehbar gelagert und durch ein mit einem Elektromotor gekoppeltes Antriebselement, namentlich mit einer Schnecke, in beiden Drehrichtungen antreibbar ist. Bei Ausfall der elektrischen Energie wird das Anfahren einer Sicherheitsstellung dadurch ermöglicht, dass die Spindelmutter axial beweglich mit ihrem Antriebselement gekuppelt und in einem Aufnahmeteil axialfest jedoch drehbar gelagert ist, das seinerseits axial verschiebbar, jedoch verdrehungsgesichert im Gehäuse angeordnet ist. Ferner sind die Spindelmutter und das Aufnahmeteil gemeinsam durch einen permanent auf sie einwirkenden Kraftspeicher axial verstellbar und durch eine elektromagnetisch wirkende Haltevorrichtung in ihrer Ausgangslage gegen die Verstellwirkung des Kraftspeichers gehalten. DE 42 13 570 C2 discloses an electric motor actuator, in the housing of which can be coupled with a closing or valve element coupled, provided with an external adjustment screw, but axially movable. On the external thread a provided with an internal thread spindle nut is screwed, which is rotatably mounted and driven by a coupled with an electric motor drive element, namely with a worm in both directions of rotation. In case of failure of the electrical energy, the approach of a safety position is made possible by in that the spindle nut is coupled in an axially movable manner with its drive element and is axially rotatably mounted in a receiving part, which in turn is axially displaceable but non-rotatably mounted in the housing. Furthermore, the spindle nut and the receiving part are jointly axially adjustable by a permanently acting on them energy storage and held by an electromagnetically acting holding device in its initial position against the adjustment of the energy storage.
Diese Vorrichtung hat den Nachteil, dass das Ventilelement nach dem Auslösen des Kraftspeichers nicht mehr unmittelbar von dem Elektromotor in die Öffnungsstellung gebracht werden kann. Vielmehr müssen zunächst die Spindelmutter und das Aufnahmeteil bei geschlossenem Ventil in ihre Ausgangspositionen zurück bewegt werden, wobei der Kraftspeicher wieder geladen wird. Damit bleibt aber die Armatur während des Ladevorgangs geschlossen, was in vielen Fällen nicht akzeptabel oder gewünscht ist. Mit seinen zahlreichen relativ zueinander und ineinander geführten Spindelteilen besteht ferner die Gefahr, dass das System im Notfall blockiert und das Ventilelement seine Schließstellung nicht erreichen kann. Der gesamte Stellantrieb ist aufgrund seiner speziellen Antriebs- und Stellteile insgesamt aufwendig und entsprechend teuer in der Anschaffung.This device has the disadvantage that the valve element can not be brought directly from the electric motor into the open position after the triggering of the energy accumulator. Rather, the spindle nut and the receiving part must first be moved back to their starting positions with the valve closed, the energy store being reloaded. This leaves the valve closed during the charging process, which is in many cases unacceptable or desirable. With its numerous relative to each other and each other guided spindle parts there is also the danger that the system blocked in an emergency and the valve element can not reach its closed position. The entire actuator is due to its special drive and control parts a total of consuming and correspondingly expensive to purchase.
Ziel der Erfindung ist es, diese und weitere Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und eine verbessere Vorrichtung zum Betätigen einer Armatur zu schaffen, die mit einfachen Mitteln kostengünstig aufgebaut und das Schließ- bzw. Ventilelement stets rasch und zuverlässig in eine definierte Schließstellung bringt. Die Vorrichtung soll ferner einfach zu handhaben und nahezu wartungsfrei sein.The aim of the invention is to overcome these and other disadvantages of the prior art and to provide an improved device for actuating a valve, which is constructed inexpensively by simple means and always brings the closing or valve element quickly and reliably in a defined closed position. The device should also be easy to handle and virtually maintenance free.
Hauptmerkmale der Erfindung sind im Anspruch 1 angegeben. Ausgestaltungen sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 17.Main features of the invention are specified in claim 1. Embodiments are the subject of claims 2 to 17.
Bei einer Vorrichtung zum Betätigen eines Schließelements einer Armatur, mit einem elektrischen Antrieb, der das Schließelement von einer Schließstellung in eine Öffnungsstellung bringt, mit einem Kraftspeicher, der das Schließelement unabhängig von dem elektrischen Antrieb aus einer Öffnungsstellung in die Schließstellung bringt, und mit einer Halteeinrichtung, welche den Kraftspeicher in einer Speicherstellung arretiert und den Kraftspeicher zum Schließen des Schließelements aus einer Arretierung freigibt, sieht die Erfindung vor, dass das Schließelement über eine geteilte Antriebswelle betätigbar ist, wobei ein erster Teil der Antriebswelle mit dem elektrischen Antrieb und ein zweiter Teil der Antriebswelle mit dem Schließelement und dem Kraftspeicher verbunden ist, und wobei zwischen dem ersten Teil und dem zweiten Teil der Antriebswelle eine Kupplung angeordnet ist, welche derart ausgebildet ist, dass in einer ersten Drehrichtung der Antriebswelle zum Öffnen des Schließelements zwischen dem ersten Teil und dem zweiten Teil der Antriebswelle eine kraftschlüssige Verbindung wirksam ist, während in einer zu der ersten Drehrichtung entgegengesetzten zweiten Drehrichtung der Antriebswelle zum Schließen des Schließelements die kraftschlüssige Verbindung zwischen dem ersten Teil und dem zweiten Teil der Antriebswelle unwirksam ist.In a device for actuating a closing element of a valve, with an electric drive, which brings the closing element from a closed position to an open position, with a force storage device which brings the closing element independent of the electric drive from an open position to the closed position, and with a holding device , which locks the energy storage in a storage position and releases the energy storage device for closing the closing element from a lock, the invention provides that the closing element is actuated via a split drive shaft, wherein a first part of the drive shaft to the electric drive and a second part of Drive shaft is connected to the closing element and the energy storage, and wherein between the first part and the second part of the drive shaft, a clutch is arranged, which is designed such that in a first rotational direction of the drive shaft for opening the Sc Hließelements between the first part and the second part of the drive shaft, a frictional connection is effective, while in a direction opposite to the first direction of rotation of the drive shaft for closing the closing element, the non-positive connection between the first part and the second part of the drive shaft is ineffective.
Dadurch ist es möglich, das Schließelement mit dem elektrischen Antrieb in seine Öffnungsstellung zu bringen, denn die in der Antriebswelle ausgebildete Kupplung sorgt dafür, dass das von dem elektrischen Antrieb auf den ersten Teil der Antriebswelle ausgeübte Drehmoment in der ersten Drehrichtung unmittelbar auf den zweiten Teil der Antriebswelle übertragen wird. Weil der zweite Teil der Antriebswelle sowohl mit dem Schließelement als auch mit dem Kraftspeicher verbunden ist, wird letzterer beim Öffnen des Schließelements geladen, bis er seine Speicherstellung erreicht und von der Halteeinrichtung arretiert wird.This makes it possible to bring the closing element with the electric drive in its open position, because the coupling formed in the drive shaft ensures that the torque exerted by the electric drive on the first part of the drive shaft in the first direction of rotation directly to the second part the drive shaft is transmitted. Because the second part of the drive shaft is connected to both the closing element and the energy storage, the latter is loaded when opening the closing element until it reaches its storage position and is locked by the holding device.
Zum Schließen der Armatur wird der Kraftspeicher von der Halteeinrichtung aus seiner Arretierung freigegeben. Dabei übt er in einer zu der ersten Drehrichtung entgegengesetzten zweiten Drehrichtung ein Drehmoment auf den zweiten Teil der Antriebswelle aus. Weil dieser zweite Wellenteil mit dem Schließelement verbunden ist, wird letzteres unmittelbar und ohne zeitliche Verzögerung in Schließstellung gebracht. Gleichzeitig wird durch die in der Antriebswelle ausgebildete Kupplung verhindert, dass das von dem Kraftspeicher auf den zweiten Teil der Antriebswelle ausgeübte Drehmoment auf den ersten Teil der Antriebswelle und damit auf den elektrischen Antrieb übertragen wird, denn die kraftschlüssige Verbindung zwischen dem ersten Teil und dem zweiten Teil der Antriebswelle ist in der zweiten Drehrichtung unwirksam. Das Schließen des Schließelements erfolgt mithin stets unabhängig von der Stellung und dem Betriebszustand des elektrischen Antriebs. Weder dieser noch dessen Getriebe kann den Schließvorgang behindern oder verzögern. Es müssen auch keine Getriebe durchgedreht oder sonstige Kräfte des elektrischen Antriebs überwunden werden, was sich günstig auf die Dimensionierung des Kraftspeichers auswirkt.To close the valve of the energy storage of the holding device is released from its lock. In this case, it exerts a torque on the second part of the drive shaft in a second direction of rotation opposite to the first direction of rotation. Because this second shaft part is connected to the closing element, the latter is brought directly into the closed position and without a time delay. At the same time, the coupling formed in the drive shaft prevents the torque exerted by the energy store on the second part of the drive shaft from being transmitted to the first part of the drive shaft and thus to the electric drive, because the non-positive connection between the first part and the second Part of the drive shaft is ineffective in the second direction of rotation. The closing of the closing element is therefore always independent of the position and the operating state of the electric drive. Neither this nor its transmission can hinder or delay the closing process. It must also be turned through no gear or other forces of the electric drive to be overcome, which has a favorable effect on the dimensioning of the force accumulator.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung nutzt mithin den elektrischen Antrieb allein zum Öffnen des Schließelements und zum Laden des Kraftspeichers, während das Schließen des Schließelements stets über den Kraftspeicher erfolgt. Dadurch lässt sich die Vorrichtung äußerst kompakt und kostengünstig aufbauen. Eine Richtungsumkehr des elektrischen Antriebs ist nicht erforderlich. Letzterer kann vielmehr als einfacher, handelsüblicher Elektro-Stellantrieb mit Schneckengetriebe ausgebildet sein, der alle notwendigen oder vorgeschriebenen Betriebs- und Sicherheitsbedingungen zuverlässig erfüllt. Hat der Kraftspeicher, beispielsweise eine Schraubenfeder oder ein Federpaket, seine Speicherstellung erreicht, wird er von der Halteeinrichtung arretiert und der elektrische Antrieb ist entlastet. Letzterer kann bei Bedarf sogar vollständig abgeschaltet werden.Consequently, the device according to the invention uses the electric drive solely for opening the closing element and for loading the force accumulator, while closing the closing element always takes place via the force accumulator. As a result, the device can be extremely compact and inexpensive to build. A reversal of direction of the electric drive is not required. The latter can be designed rather as a simple, commercial electric actuator with worm gear, the reliably fulfills all necessary or prescribed operating and safety conditions. Has the energy storage, such as a coil spring or a spring assembly, reached its storage position, it is locked by the holding device and the electric drive is relieved. The latter can even be switched off completely if necessary.
Ein weiterer wichtiger Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, dass das Schließelement nach dem Schließvorgang durch den Kraftspeicher sofort wieder mit dem elektrischen Antrieb in seine Öffnungsstellung gebracht werden kann, denn das von dem elektrischen Antrieb in der ersten Drehrichtung auf den ersten Teil der Antriebswelle übertragene Drehmoment wird von der Kupplung sofort wieder auf den zweiten Teil der Antriebswelle und damit auf das Schließelement übertragen, unabhängig davon in welcher Drehstellung der elektrische Antrieb oder dessen Getriebe sich befindet. Während dem Öffnen des Schließelements wird zugleich der Kraftspeicher automatisch wieder geladen. Ist die Öffnungsstellung der Armatur erreicht, wird der Kraftspeicher von der Halteeinrichtung in seiner Speicherstellung arretiert. Die Armatur kann bei Bedarf oder im Notfall sofort wieder geschlossen werden.Another important advantage of the device according to the invention is that the closing element can be brought immediately after the closing process by the energy storage again with the electric drive in its open position, because the transmitted from the electric drive in the first direction of rotation to the first part of the drive shaft torque is transferred from the clutch immediately back to the second part of the drive shaft and thus to the closing element, regardless of the rotational position in which the electric drive or its transmission is located. At the same time the energy storage device is automatically recharged while the closing element is being opened. If the open position of the valve is reached, the energy storage is locked by the holding device in its storage position. The valve can be closed immediately if necessary or in an emergency.
Von Vorteil ist ferner, dass der Schließvorgang durch den Kraftspeicher nicht von einem geschlossenen Stromkreis abhängig ist, insbesondere nicht von dem Stromkreis des elektrischen Antriebs. Der Kraftspeicher und die Halteeinrichtung mitsamt der Auslösefunktion können vielmehr rein mechanisch und damit unabhängig von jeglicher Fremdenergie ausgebildet werden, was in manchen Umgebungen und in manchen Einsatzgebieten notwendig sein kann.A further advantage is that the closing operation is not dependent on a closed circuit by the power storage, in particular not by the circuit of the electric drive. The energy storage device and the holding device together with the triggering function can rather purely mechanical and thus be formed independently of any external energy, which may be necessary in some environments and in some applications.
Die zwischen den Teilen der Antriebswelle angeordnete Kupplung ermöglicht zudem das sofortige Schließen der Armatur, auch wenn das Schließelement noch nicht vollständig geöffnet worden ist. Sobald der elektrische Antrieb angehalten wird, kann der zumindest teilweise geladene Kraftspeicher das Schließelement jederzeit in seine Schließstellung bringen. Das von dem Kraftspeicher erzeugte Drehmoment wird unmittelbar auf den zweiten Teil der Antriebswelle übertragen, die sich – unabhängig von dem mit dem elektrischen Antrieb gekoppelten ersten Teil der Antriebswelle – in der zweiten Drehrichtung frei drehen kann, weil die kraftschlüssige Verbindung zwischen dem ersten Teil und dem zweiten Teil der Antriebswelle in dieser Drehrichtung unwirksam ist. Die Kupplung rutscht durch und das Schließelement wird sofort und in kürzester Zeit geschlossen. Danach kann die Armatur mit dem elektrischen Antrieb sofort wieder geöffnet werde, weil die Kupplung in der ersten Drehrichtung eine kraftschlüssige Verbindung erzeugt und sofort wieder greift.The arranged between the parts of the drive shaft coupling also allows the immediate closing of the valve, even if the closing element has not been fully opened. As soon as the electric drive is stopped, the at least partially charged energy store can at any time bring the closing element into its closed position. The torque generated by the power storage is transmitted directly to the second part of the drive shaft, which - regardless of the coupled to the electric drive first part of the drive shaft - can rotate freely in the second direction because the frictional connection between the first part and the second part of the drive shaft in this direction of rotation is ineffective. The clutch slips and the locking element closes immediately and in no time. Thereafter, the valve with the electric drive immediately be opened again, because the clutch generates a positive connection in the first direction of rotation and engages again immediately.
Konstruktiv ist es günstig, wenn die Kupplung von zwei Kupplungsteilen gebildet ist, wobei ein erster Kupplungsteil mit dem ersten Teil der Antriebswelle und ein zweiter Kupplungsteil mit dem zweiten Teil der Antriebswelle verbunden sind. Ferner sind die Kupplungsteile relativ zueinander bewegbar ausgebildet, wobei wenigstens ein Kupplungsteil von einer Kraft beaufschlagt ist, die vorzugsweise von einer Feder erzeugt wird.Constructively, it is advantageous if the coupling of two coupling parts is formed, wherein a first coupling part with the first part of the drive shaft and a second coupling part are connected to the second part of the drive shaft. Further, the coupling parts are designed to be movable relative to each other, wherein at least one coupling part is acted upon by a force, which is preferably generated by a spring.
Dies ermöglicht einen äußerst kompakten und zuverlässigen Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung, insbesondere dann, wenn die Kupplung eine Freilaufkupplung ist. Letztere überträgt das von dem elektrischen Antrieb auf den ersten Teil der Antriebswelle ausgeübte Drehmoment in der ersten Drehrichtung unmittelbar auf den zweiten Teil der Antriebswelle, wodurch das Schließelement in die Öffnungsstellung und der Kraftspeicher in seine Speicherstellung gebracht werden können. In der entgegengesetzten Drehrichtung hingegen sind der erste Teil und der zweite Teil der Antriebswelle entkoppelt, so dass das von dem Kraftspeicher nach dessen Auslösung aus der Speicherstellung auf den zweiten Teil der Antriebswelle übertragene Drehmoment nur auf das Schließelement und nicht auf den elektrischen Antrieb übertragen wird. Das Schließelement wird unabhängig von der Stellung und dem Betriebszustand des elektrischen Antriebs sofort in Schließstellung gebracht.This allows an extremely compact and reliable construction of the device according to the invention, in particular when the clutch is an overrunning clutch. The latter transmits the torque exerted by the electric drive on the first part of the drive shaft in the first direction of rotation directly to the second part of the drive shaft, whereby the closing element can be brought into the open position and the energy storage in its storage position. In the opposite direction of rotation, however, the first part and the second part of the drive shaft are decoupled, so that the transmitted from the energy storage after its release from the storage position to the second part of the drive shaft torque is transmitted only to the closing element and not to the electric drive. The closing element is brought immediately into the closed position, regardless of the position and the operating state of the electric drive.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Kupplung ein Einbaufreilauf ist, beispielsweise in Form eines Klemmkörper-Freilaufs. Hierbei handelt es sich um ein Maschinenelement mit einem Außenring und einem relativ zu dem Außenring drehbar gelagerten Innenring, wobei zwischen den Ringen Klemmelemente in Form von Klemmstücken oder Klemmrollen ausgebildet sind. Der Innenring kann beispielsweise mit dem ersten Teil der Antriebswelle verbunden sein, während der Außenring mit dem zweiten Teil der Antriebswelle verbunden ist.A further embodiment of the invention provides that the coupling is a running-in freewheel, for example in the form of a sprag freewheel. This is a machine element with an outer ring and an inner ring rotatably mounted relative to the outer ring, wherein clamping elements in the form of clamping pieces or pinch rollers are formed between the rings. The inner ring may for example be connected to the first part of the drive shaft, while the outer ring is connected to the second part of the drive shaft.
In einer ersten Drehrichtung des Einbaufreilaufs entsteht eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Innenring und dem Außenring. Der Freilauf befindet sich im Mitnahmebetrieb und ein z. B. von dem elektrischen Antrieb auf den ersten Teil der Antriebswelle und damit auf den Innenring ausgeübtes Drehmoment wird unmittelbar auf den Außenring und von diesem auf den zweiten Teil der Antriebswelle übertragen. In der zur der ersten Drehrichtung entgegengesetzten zweiten Drehrichtung hingegen besteht zwischen dem Innenring und dem Außenring keine Verbindung. Der Freilauf befindet sich im Leerlaufbetrieb und ein auf den Außenring ausgeübtes Drehmoment wird nicht auf den Innenring übertragen.In a first direction of rotation of the installation freewheel, a frictional connection is created between the inner ring and the outer ring. The freewheel is in the driving mode and a z. B. from the electric drive to the first part of the drive shaft and thus exerted on the inner ring torque is transmitted directly to the outer ring and from this to the second part of the drive shaft. In contrast to the second direction of rotation opposite to the first direction of rotation, on the other hand, there is no connection between the inner ring and the outer ring. The freewheel is in idle mode and a torque exerted on the outer ring is not transmitted to the inner ring.
Selbstverständlich ist es auch möglich, den ersten Teil der Antriebswelle mit dem Außenring und den zweiten Teil der Antriebswelle mit dem Innenring des Einbaufreilaufs zu verbinden, je nachdem in welcher Drehrichtung der Antriebswelle die Öffnungsstellung und die Schließstellung des Schließelements erreicht wird. Einbaufreiläufe sind als Zukaufteile äußerst kostengünstig, was sich vorteilhaft auf die Herstellkosten der erfindungsgemäßen Vorrichtung auswirkt. Sie erfüllen höchste Sicherheitsanforderungen und arbeiten dauerhaft zuverlässig.Of course, it is also possible, the first part of the drive shaft with the outer ring and to connect the second part of the drive shaft with the inner ring of the Einbaufreilaufs, depending on the direction of rotation of the drive shaft, the open position and the closed position of the closing element is achieved. Freewheel hoists are extremely inexpensive as purchased parts, which has an advantageous effect on the production costs of the device according to the invention. They meet the highest safety requirements and work reliably over the long term.
Eine noch andere Ausführungsform der Erfindung verwendet als Kupplung eine Klauenkupplung. Diese kommt insbesondere dann in Betracht, wenn die Antriebswelle für das Schließelement keine vollständige Umdrehung ausführen muss, sondern lediglich um einen definierten Drehwinkel bewegt wird. Zur Übertragung eines Drehmoments von dem ersten Teil der Antriebswelle auf den zweiten Teil der Antriebswelle ist stirnseitig auf jedem Teil der Antriebswelle oder – je nach Ausführungsform – auf jedem Kupplungsteil eine kreissegmentförmige Erhebung ausgebildet, die als Mitnehmerelemente in der ersten Drehrichtung mit Seitenflächen ineinander greifen, wodurch das Schließelement über den elektrischen Antrieb in die Öffnungsstellung gebracht werden kann. In der entgegengesetzten zweiten Drehrichtung bilden die Segmente – je nach Größe des Segmentwinkels – einen Freilauf, so dass der zweite Teil der Antriebswelle sich frei drehen kann, ohne dass das von dem Kraftspeicher auf den zweiten Teil der Antriebswelle ausgeübte Drehmoment auf den ersten Teil der Antriebswelle übertragen wird.Yet another embodiment of the invention uses a dog clutch as a clutch. This is particularly considered when the drive shaft for the closing element does not have to perform a complete revolution, but is only moved by a defined angle of rotation. To transmit a torque from the first part of the drive shaft to the second part of the drive shaft is frontally on each part of the drive shaft or - depending on the embodiment - formed on each coupling part a circular segment elevation, which engage as driver elements in the first direction of rotation with side surfaces, thus the closing element can be brought into the open position via the electric drive. In the opposite second direction of rotation form the segments - depending on the size of the segment angle - a freewheel, so that the second part of the drive shaft can rotate freely, without the force exerted by the energy storage on the second part of the drive shaft torque on the first part of the drive shaft is transmitted.
Zweckmäßig ist der erste Teil der Antriebswelle Teil eines Schneckengetriebes, das von dem elektrischen Antrieb angetrieben ist. Auch dies trägt zur kompakten Bauform der Vorrichtung bei. Die Antriebswelle kann hierbei unmittelbar mit dem Schneckenrad des Schneckengetriebes verbunden sein oder das Schneckenrad sitzt axial- und drehfest auf dem ersten Teil der Antriebswelle. Letzterer trägt vorzugsweise stirnseitig den ersten Kupplungsteil der Kupplung. Dieser kann aber auch direkt mit dem Schneckenrad verbunden sein.Suitably, the first part of the drive shaft is part of a worm gear, which is driven by the electric drive. This also contributes to the compact design of the device. The drive shaft can in this case be connected directly to the worm wheel of the worm gear or the worm wheel sits axially and rotationally fixed on the first part of the drive shaft. The latter preferably carries the front side of the first coupling part of the coupling. This can also be connected directly to the worm wheel.
Eine wichtige Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Kraftspeicher über eine Zahnstange und ein Ritzel mit dem zweiten Teil der Antriebswelle gekoppelt ist, wobei das Ritzel drehfest auf dem zweiten Teil der Antriebswelle sitzt. Die von dem Kraftspeicher erzeugte, linear wirkende Kraft wird damit über die Zahnstange und das Ritzel unmittelbar in eine Drehbewegung der Antriebswelle umgesetzt, die unmittelbar – oder je nach Ausführungsform der Armatur über ein Getriebe oder eine Hebelanordnung – mit dem Schließelement in Verbindung steht. Dieses wird nach dem Freigeben des Kraftspeichers sofort in Schließstellung bewegt. Eine Kraftübertragung von dem zweiten Teil der Antriebswelle auf deren ersten Teil hingegen wird mit Hilfe der erfindungsgemäßen Kupplungsanordnung wirksam vermieden.An important development of the invention provides that the energy storage is coupled via a rack and a pinion with the second part of the drive shaft, wherein the pinion rotatably seated on the second part of the drive shaft. The generated by the power storage, linear force is thus converted via the rack and pinion directly into a rotational movement of the drive shaft, which is directly - or depending on the embodiment of the valve via a gear or a lever assembly - with the closing element in connection. This is moved immediately after releasing the energy storage in the closed position. A power transmission from the second part of the drive shaft on the first part, however, is effectively avoided by means of the coupling arrangement according to the invention.
Gemäß einer weiteren Bauform der Erfindung können die Öffnungsstellung und die Schließstellung des Schließelements von Anschlägen definiert sein, wobei die Anschläge an oder in dem zweiten Teil der Antriebswelle ausgebildet sein können. Hierdurch wird verhindert, dass weder der elektrische Antrieb noch der Kraftspeicher das Schließelement über eine definierte Öffnungs- und Schließstellung hinaus bewegen können, was beispielsweise bei einem Kugelhahn wichtig ist. Ferner werden Schäden an der Armatur und an dem Schließelement wirksam verhindert.According to a further embodiment of the invention, the open position and the closed position of the closing element may be defined by stops, wherein the stops may be formed on or in the second part of the drive shaft. This prevents that neither the electric drive nor the energy storage device can move the closing element beyond a defined opening and closing position, which is important, for example, in the case of a ball valve. Furthermore, damage to the valve and the closing element are effectively prevented.
Ergänzend oder alternativ kann der zweite Teil der Antriebswelle auch mit Endlagenschaltern versehen sein, die das Erreichen der Öffnungs- oder Schließstellung signalisieren und die entsprechende Information an eine elektrische oder elektronische Steuerung weiter leiten.Additionally or alternatively, the second part of the drive shaft may also be provided with limit switches, which signal the reaching of the open or closed position and forward the corresponding information to an electrical or electronic control.
Die Halteeinrichtung arretiert bei Erreichen einer definierten Öffnungsstellung des Schließelements den Kraftspeicher in seiner Speicherstellung, damit dieser jederzeit einsatzbereit ist, um das Schließelement von der Öffnungsstellung in die Schließstellung zu bringen. Hierbei spielt es keine Rolle, ob ein Notfall vorliegt oder ob es sich um eine geplante Schließung der Armatur handelt. Diese wird stets zuverlässig und sicher von dem Kraftspeicher in die Schließstellung gebracht, sobald die Halteeinrichtung ein entsprechendes Signal erhält und den Kraftspeicher aus seiner Arretierung auslöst.The holding device locks when reaching a defined opening position of the closing element the energy storage in its storage position so that it is always ready to use to bring the closing element of the open position to the closed position. It does not matter whether an emergency exists or whether it is a planned closure of the valve. This is always reliably and safely brought from the energy storage in the closed position as soon as the holding device receives a corresponding signal and triggers the energy storage from its lock.
Bevorzugt arretiert die Halteeinrichtung den Kraftspeicher mechanisch, so dass weder eine separate Energieversorgung noch hydraulische Mittel notwendig sind, um den Kraftspeicher in seiner Speicherstellung zu halten. Die Halteeinrichtung ist zweckmäßig durch ein Stellglied auslösbar, welches betätigt oder ausgelöst wird, sobald der Kraftspeicher die Armatur schließen soll.Preferably, the holding device locks the energy storage mechanically, so that neither a separate power supply nor hydraulic means are necessary to keep the energy storage in its storage position. The holding device is expediently triggered by an actuator which is actuated or triggered as soon as the energy store is to close the valve.
Damit das Schließelement auch dauerhaft zuverlässig und dicht schließt, ist in einer weitere Ausführungsform der Erfindung eine Dämpfungseinrichtung für das Schließelement vorgesehen. Dieses sorgt dafür, dass sowohl das Schließelement als auch dessen Dichtsitz im Armaturengehäuse beim Erreichen der Schließstellung nicht beschädigt wird.So that the closing element also reliably and tightly closes permanently, a damping device for the closing element is provided in a further embodiment of the invention. This ensures that both the closing element and its sealing seat in the valve body when reaching the closed position is not damaged.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Wortlaut der Ansprüche sowie aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Es zeigen:Further features, details and advantages of the invention will become apparent from the wording of the claims and from the following description of exemplary embodiments with reference to the drawings. Show it:
1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Betätigen eines Schließelements einer Armatur, teilweise im Schnitt; 1 a schematic representation of a device for actuating a closing element of a valve, partially in section;
2 eine vergrößerte Teil-Darstellung einer Vorrichtung zum Betätigen eines Schließelements einer Armatur, teilweise im Schnitt; 2 an enlarged partial view of a device for actuating a closing element of a valve, partially in section;
3 eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform einer Vorrichtung zum Betätigen eines Schließelements einer Armatur, teilweise im Schnitt; 3 a schematic representation of another embodiment of a device for actuating a closing element of a valve, partially in section;
4 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Vorrichtung zum Betätigen eines Schließelements einer Armatur, teilweise im Schnitt; 4 a schematic representation of another embodiment of a device for actuating a closing element of a valve, partially in section;
5 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Vorrichtung zum Betätigen eines Schließelements einer Armatur, teilweise im Schnitt; 5 a schematic representation of another embodiment of a device for actuating a closing element of a valve, partially in section;
6 die Kupplungsteile der Vorrichtung zum Betätigen eines Schließelements einer Armatur von 5. 6 the coupling parts of the device for actuating a closing element of a valve of 5 ,
Die in den Zeichnungen allgemein mit 10 bezeichnete Vorrichtung dient zum Betätigen eines Schließelements 12 einer (nicht weiter dargestellten) Armatur, die in ein (ebenfalls nicht dargestelltes) Rohr eines (nicht gezeigten) Leitungssystems – beispielsweise einer Pipeline – eingebaut ist. In dem Leitungssystem strömt ein fließfähiges Medium, welches die Armatur bzw. das Schließelement 12 in der mit dem Pfeil 13 angedeuteten Strömungsrichtung durchströmt. Die Armatur ist in den gezeigten Ausführungsbeispielen als Kugelhahn ausgebildet. Man kann aber auch eine andere Armatur verwenden, z. B. eine Absperrklappe oder einen Absperrschieber.The in the drawings generally with 10 designated device is used to actuate a closing element 12 a (not shown) fitting which is in a (also not shown) pipe of a (not shown) pipe system - for example, a pipeline - installed. In the conduit system flows a flowable medium which the valve or the closing element 12 in the with the arrow 13 indicated flow direction flows through. The valve is formed in the embodiments shown as a ball valve. But you can also use another fitting, z. B. a butterfly valve or a gate valve.
Der Kugelhahn hat als Schließelement 12 einen im Wesentlichen kugel- oder zylinderförmigen Absperrkörper 14, der in einem (nicht gezeigten) Armaturengehäuse dichtend geführt und senkrecht zur Strömungsrichtung 13 um eine Drehachse A drehbar gelagert ist. Zur Betätigung des Absperrkörpers 14 ist eine Schaltwelle 15 vorgesehen, die ebenfalls in dem Armaturengehäuse gelagert und endseitig mit einer Antriebswelle 30 verbunden ist. Die gesamte Vorrichtung 10, einschließlich der Armatur, ist mit einem Montageflansch 17 an dem Rohr des Leitungssystems befestigt.The ball valve has as closing element 12 a substantially spherical or cylindrical shut-off body 14 , which is sealingly guided in a (not shown) valve body and perpendicular to the flow direction 13 is mounted rotatably about a rotation axis A. For actuating the shut-off body 14 is a shift shaft 15 provided, which also mounted in the valve body and the end with a drive shaft 30 connected is. The entire device 10 , including the fitting, is fitted with a mounting flange 17 attached to the pipe of the pipe system.
Die Antriebswelle 30 ist geteilt ausgebildet. Sie hat einen ersten Teil 32, der mit einem elektrischen Antrieb 20 in Verbindung steht, und einen zweiten Teil 34, der mit dem Schließelement 12 und einem Kraftspeicher 50 verbunden ist, wobei der Kraftspeicher 50 unabhängig von dem elektrischen Antrieb 20 einen separaten Antrieb für die Antriebswelle 30 bildet.The drive shaft 30 is divided. She has a first part 32 that with an electric drive 20 communicates, and a second part 34 that with the closing element 12 and a power storage 50 is connected, wherein the energy storage 50 independent of the electric drive 20 a separate drive for the drive shaft 30 forms.
Um die Antriebe 20, 50 voneinander zu trennen, ist in der Antriebswelle 30 eine Kupplung 40 vorgesehen, die in einer ersten Drehrichtung D1 um die Drehachse A eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem ersten Teil 32 und dem zweiten Teil 34 der Antriebswelle 30 erzeugt, so dass ein auf den ersten Teil 32 einwirkendes Drehmoment direkt auf den zweiten Teil 34 der Antriebswelle 30 und damit auf das Schließelement 12 übertragen wird. In einer zu der ersten Drehrichtung D1 entgegengesetzten zweiten Drehrichtung D2 hingegen wird die kraftschlüssige Verbindung zwischen dem ersten Teil 32 und dem zweiten Teil 34 der Antriebswelle 30 von der Kupplung 40 aufgehoben, so dass eine Drehmomentübertragung von dem zweiten Teil 34 der Antriebswelle 30 auf den ersten Teil 32 nicht möglich ist.To the drives 20 . 50 to separate from each other is in the drive shaft 30 a clutch 40 provided in a first rotational direction D1 about the axis of rotation A a non-positive connection between the first part 32 and the second part 34 the drive shaft 30 generated, so one on the first part 32 acting torque directly on the second part 34 the drive shaft 30 and thus on the closing element 12 is transmitted. In contrast, in a second direction of rotation D 2 opposite to the first direction of rotation D1, the non-positive connection between the first part becomes 32 and the second part 34 the drive shaft 30 from the clutch 40 lifted, leaving a torque transfer from the second part 34 the drive shaft 30 on the first part 32 not possible.
Der mit dem ersten Teil 32 der Antriebswelle 30 in Verbindung stehende elektrische Antrieb 20 dient dazu, das Schließelement 12 in der ersten Drehrichtung D1 um die Drehachse A von einer Schließstellung in eine Öffnungsstellung zu bringen. 1 zeigt das Schließelement 12 bereits in einer Öffnungsstellung, in welcher der Querschnitt der Rohrleitung vollständig freigegeben ist.The one with the first part 32 the drive shaft 30 related electric drive 20 serves to the closing element 12 in the first rotational direction D1 to bring about the rotation axis A from a closed position to an open position. 1 shows the closing element 12 already in an open position, in which the cross section of the pipeline is completely released.
Der Antrieb 20 hat einen Elektromotor 21 sowie ein Getriebe 22, das vorzugsweise als Schneckengetriebe ausgebildet ist. Dieses besitzt eine (nicht gezeigte) Schnecke, die entweder direkt oder über ein (nicht bezeichnetes) Vorgelege mit dem Elektromotor 21 verbunden ist, sowie ein von einem Gehäuse 24 verdecktes Schneckenrad 23, das über eine (nicht dargestellte) starre Kupplung kraftschlüssig mit dem ersten Teil 32 der Antriebswelle 30 verbunden ist. Man kann das Schneckenrad 23 aber auch, wie im Ausführungsbeispiel der 1, axialfest und drehfest auf dem ersten Teil 32 der Antriebswelle 30 festlegen oder mit diesem einstückig ausbilden.The drive 20 has an electric motor 21 as well as a transmission 22 , which is preferably designed as a worm gear. This has a (not shown) screw, either directly or via a (not designated) countershaft with the electric motor 21 connected, as well as one of a housing 24 concealed worm wheel 23 , which via a (not shown) rigid coupling frictionally with the first part 32 the drive shaft 30 connected is. You can use the worm wheel 23 but also, as in the embodiment of 1 , axially fixed and rotationally fixed on the first part 32 the drive shaft 30 set or train with this in one piece.
Der zweite Teil 34 der Antriebswelle 30 hat einen Wellenabschnitt 36, der sowohl in dem Montageflansch 17 als auch in einem Wellengehäuse 31 um die Drehachse A drehbar gelagert ist. Nicht weiter dargestellte Lagerelemente sorgen für eine präzise und zuverlässige Ausrichtung sowie Abstützung des Wellenabschnitts 36.The second part 34 the drive shaft 30 has a shaft section 36 in both the mounting flange 17 as well as in a shaft housing 31 is mounted rotatably about the axis of rotation A. Not shown bearing elements provide a precise and reliable alignment and support of the shaft portion 36 ,
Das dem Schließelement 12 zugewandet Ende des Wellenabschnitts 36 ist mit der Schaltwelle 15 des Absperrkörpers 14 und folglich mit dem Schließelement 12 fest verbunden, während das gegenüber liegende Ende des Wellenabschnitts 36 eine Schiebehülse 38 trägt, die in Bezug auf die Drehachse A verschieblich aber drehfest auf dem Wellenabschnitt 36 gelagert ist.That the closing element 12 facing the end of the shaft section 36 is with the selector shaft 15 of the shut-off 14 and consequently with the closing element 12 firmly connected while the opposite end of the shaft section 36 a sliding sleeve 38 carries, with respect to the axis of rotation A displaceable but rotationally fixed on the shaft portion 36 is stored.
In dem Wellengehäuse 31 ist ein Ritzel 54 angeordnet, das axialfest und drehfest auf dem Wellenabschnitt 36 befestigt ist. Zwischen dem Ritzel 54 und der Schiebehülse 38 ist eine Druckfeder 48 angeordnet, welche die Schiebehülse 38 entlang der Drehachse A und in Richtung des ersten Teils 32 der Antriebswelle 30 mit einer definierten Kraft beaufschlagt, wobei sich die Feder 48 seitlich an dem Ritzel 54 abstützt. Letzteres kann mit einer stufenförmigen Vertiefung 55 versehen sein, um sowohl die Feder 48 als auch die Schiebehülse 38 zu führen und zu sichern. Die Schiebehülse 38 kann ferner alternativ oder zusätzlich in dem Wellengehäuse 31 geführt und/oder gelagert sein, das hierzu mit einer (Lager)Öffnung 311 versehen ist. Die Druckfeder 48 ist bevorzugt als Schraubenfeder oder als Tellerfeder ausgebildet, wobei mehrere Tellerfedern ein Tellerfederpaket bilden können. In the shaft housing 31 is a pinion 54 arranged, the axially fixed and rotationally fixed on the shaft portion 36 is attached. Between the pinion 54 and the sliding sleeve 38 is a compression spring 48 arranged, which the sliding sleeve 38 along the axis of rotation A and in the direction of the first part 32 the drive shaft 30 acted upon by a defined force, wherein the spring 48 laterally on the pinion 54 supported. The latter can with a stepped depression 55 Be provided with both the spring 48 as well as the sliding sleeve 38 to guide and secure. The sliding sleeve 38 may also alternatively or additionally in the shaft housing 31 be guided and / or stored, this purpose with a (stock) opening 311 is provided. The compression spring 48 is preferably designed as a helical spring or as a plate spring, wherein a plurality of disc springs can form a plate spring package.
Für das Schließen der Armatur wird nicht der elektrische Antrieb 20, sondern der Kraftspeicher 50 verwendet. Dieser greift an dem Ritzel 54 im Wellengehäuse 31 an und ist so ausgebildet, dass er das Schließelement 12 bzw. den Absperrkörper 14 in der zur ersten Drehrichtung D1 entgegengesetzten zweiten Drehrichtung D2 um die Drehachse A von der Öffnungsstellung in die Schließstellung bringt.For the closing of the valve is not the electric drive 20 but the energy storage 50 used. This engages the pinion 54 in the shaft housing 31 and is designed to hold the closing element 12 or the shut-off 14 in the direction opposite to the first rotational direction D1 second rotational direction D2 brings about the axis of rotation A from the open position to the closed position.
Der Kraftspeicher 50 hat ein im Wesentlichen zylindrisches Gehäuse 53, das mit einer Bodenplatte 531 an dem Wellengehäuse 31 angeflanscht und mit einer gegenüberliegenden Deckelplatte 532 verschlossen ist. In dem Gehäuse 53 sitzt eine Druckfeder 51, die sich innen an der Deckelplatte 532 abstützt und mit ihrem freien Ende eine Kolbenplatte 56 belastet, die in dem Gehäuse 53 entlang einer Achse B, die senkrecht zur Drehachse A verlauft, verschieblich geführt ist. Die Druckfeder 51 ist – wie in 1 dargestellt – eine Schraubenfeder, die z. B. rückseitig an der Deckelplatte 532 festgelegt ist. Man kann aber auch ein (nicht gezeigtes) Tellerfederpaket verwenden, das in dem Gehäuse angeordnet ist und ebenfalls die Kolbenplatte 56 in Richtung Wellengehäuse 31 mit einer Federkraft belastet.The energy storage 50 has a substantially cylindrical housing 53 that with a bottom plate 531 on the shaft housing 31 Flanged and with an opposite cover plate 532 is closed. In the case 53 sits a compression spring 51 , which are inside the lid plate 532 supports and with its free end a piston plate 56 loaded in the housing 53 along an axis B, which is perpendicular to the axis of rotation A, is displaceably guided. The compression spring 51 is - as in 1 shown - a coil spring, the z. B. on the back of the cover plate 532 is fixed. But you can also use a (not shown) plate spring package, which is arranged in the housing and also the piston plate 56 in the direction of the shaft housing 31 loaded with a spring force.
An der Kolbenplatte 56 ist mittig eine Zahnstange 52 befestigt, die sich in Richtung der Achse B durch die Bodenplatte 531 und das Wellengehäuse 31 hindurch bis in eine Halteeinrichtung 60 hinein erstreckt. Dort trägt die Zahnstange 52 ein zylinderförmiges Endstück 57, in dessen Außenumfang Ausnehmungen 58 eingebracht sind, die mit Rastelementen 61 der Halteeinrichtung 60 zusammenwirken, um die Zahnstange 52 und damit die Druckfeder 51 in einer vorbestimmten Position zu arretieren.On the piston plate 56 is a rack in the middle 52 attached, extending in the direction of axis B through the bottom plate 531 and the shaft housing 31 through to a holding device 60 extends into it. There carries the rack 52 a cylindrical tail 57 , in the outer circumference recesses 58 are introduced, with locking elements 61 the holding device 60 interact with the rack 52 and thus the compression spring 51 to lock in a predetermined position.
Innerhalb des Wellengehäuses 31 kämmt die Zahnstange 57 mit dem Ritzel 54, so dass eine Linearbewegung der Kolbenplatte 56 und der Zahnstange 52 entlang der Achse B in eine Drehbewegung des Ritzels 54 und des Wellenabschnitts 36 der Antriebswelle 30 in der zweiten Drehrichtung D2 um die Drehachse A umgesetzt wird, wobei diese Drehbewegung von dem Wellenabschnitt 36 unmittelbar auf die Schaltwelle 15 und von dieser auf das Schließelement 21 übertragen wird, während die Kupplung 40 verhindert, dass sich die Drehbewegung auf den ersten Teil 32 der Antriebswelle 30 überträgt.Inside the shaft housing 31 combs the rack 57 with the pinion 54 , so that a linear movement of the piston plate 56 and the rack 52 along the axis B in a rotational movement of the pinion 54 and the shaft section 36 the drive shaft 30 is converted in the second rotational direction D2 about the rotation axis A, wherein this rotational movement of the shaft portion 36 directly on the stem 15 and from there to the closing element 21 is transmitted while the clutch 40 prevents the rotational movement on the first part 32 the drive shaft 30 transfers.
Die Halteeinrichtung 60 hat ein im Wesentlichen zylindrisches Gehäuse 63, das mit einer Bodenplatte 631 an dem Wellengehäuse 31 angeflanscht und mit einer gegenüberliegenden Deckelplatte 632 verschlossen ist. In dem Gehäuse 63 befindet sich eine Schiebehülse 62, die entlang der Achse B verschieblich gelagert ist. Sie hat eine Durchgangsöffnung 64, an deren Innenfläche Ausnehmungen 65 eingebracht sind, die ebenfalls mit den Rastelementen 61 der Halteeinrichtung 60 zusammenwirken.The holding device 60 has a substantially cylindrical housing 63 that with a bottom plate 631 on the shaft housing 31 Flanged and with an opposite cover plate 632 is closed. In the case 63 there is a sliding sleeve 62 , which is displaceably mounted along the axis B. It has a passage opening 64 , on the inner surface recesses 65 are introduced, which also with the locking elements 61 the holding device 60 interact.
Wie 1 weiter zeigt, sitzt die Schiebehülse 62 längsverschieblich auf einem Führungsrohr 67, das mit einem Flanschabsatz 671 und einem sich in Richtung Wellengehäuse 31 erstreckenden, zylindrischen Halsabschnitt 672 versehen ist. Letzterer weist in einer definierten Höhe über dem Flanschabsatz 671 radiale Durchbrüche 673 auf, welche die Rastelemente 61 der Halteeinrichtung 60 aufnehmen. Der Außendurchmesser des Halsabschnitts 672 ist geringfügig kleiner als der Innendurchmesser der Durchgangsöffnung 64 in der Schiebehülse 62, so dass diese konzentrisch auf dem Halsabschnitt 672 auf- und abgleiten kann. Der Innendurchmesser des Führungsrohres 67 hingegen ist geringfügig größer als der Außendurchmesser des zylinderförmigen Endstücks 57 der Zahnstange 52, welche die Bodenplatte 631 des Gehäuses 63 durchsetzt und in dem Führungsrohr 67 entlang der Achse B linear geführt ist.As 1 further shows, sits the sliding sleeve 62 longitudinally displaceable on a guide tube 67 that with a flange heel 671 and towards the shaft housing 31 extending, cylindrical neck portion 672 is provided. The latter has a defined height above the flange 671 radial breakthroughs 673 on which the locking elements 61 the holding device 60 take up. The outer diameter of the neck section 672 is slightly smaller than the inner diameter of the through hole 64 in the sliding sleeve 62 so that these are concentric on the neck section 672 can glide up and down. The inner diameter of the guide tube 67 however, is slightly larger than the outer diameter of the cylindrical end piece 57 the rack 52 which the floor plate 631 of the housing 63 interspersed and in the guide tube 67 along the axis B is linearly guided.
Zwischen der Schiebehülse 62 und dem Führungsrohr 67 ist eine Schubfeder 66 angeordnet, die sich an der Unterseite der Schiebehülse 62 und dem Flanschabsatz 671 des Führungsrohres 67 abstützt und dabei die Schiebehülse 62 in Richtung Wellengehäuse 31 mit einer Schubkraft beaufschlagt, wobei allerdings die Bewegung der Schiebehülse 62 in Richtung Wellengehäuse 31 von einem (nicht dargstellten) Riegel- oder Sperrelement begrenzt wird. Die Rastelemente 61, beispielweise Rastkugeln, sind radial in den Durchbrüchen 673 des Führungsrohres 67 geführt. Sie liegen stets zwischen der Schiebehülse 62 und der Zahnstange 52, wobei die Kugeln 61 wechselweise entweder in die Ausnehmungen 58 des Zahnstangen-Endstücks 57 oder in die Ausnehmungen 65 der Schiebehülse 62 eingreifen.Between the sliding sleeve 62 and the guide tube 67 is a pushpin 66 arranged at the bottom of the sliding sleeve 62 and the flange shoulder 671 of the guide tube 67 supported while the sliding sleeve 62 in the direction of the shaft housing 31 subjected to a thrust, although the movement of the sliding sleeve 62 in the direction of the shaft housing 31 is limited by a (not shown) locking or locking element. The locking elements 61 , For example, detent balls are radially in the openings 673 of the guide tube 67 guided. They always lie between the sliding sleeve 62 and the rack 52 , where the balls 61 alternately either in the recesses 58 of the rack end piece 57 or in the recesses 65 the sliding sleeve 62 intervention.
Man erkennt, dass der separate Antrieb 50 mit seiner in dem Gehäuse 51 angeordneten Druckfeder 53 einen Kraftspeicher bildet, der über die Zahnstange 52, das Ritzel 54 und den Wellenabschnitt 36 ein Drehmoment auf die Schaltwelle 15 und damit auf das Schließelement 12 ausüben kann, wobei das Ritzel 54 und die Zahnstange 52 derart angeordnet sind, dass sich das Ritzel 54 und der Wellenabschnitt 36 beim Entspannen der Druckfeder 51 in die zweite Drehrichtung D2 drehen, so dass das Schließelement 12 geschlossen wird. Dreht man umgekehrt den Wellenabschnitt 36 und damit das Ritzel 54 in die erste Drehrichtung D1, in welcher die Armatur geöffnet wird, werden die Zahnstange 52 und die Kolbenplatte 56 in dem Gehäuse gegen die Deckelplatte 532 geschoben, wobei die Druckfeder 51 gestaucht und dadurch vorgespannt wird. Der Kraftspeicher wird geladen.It can be seen that the separate drive 50 with his in the case 51 arranged compression spring 53 forms an energy store, which over the rack 52 , the pinion 54 and the shaft section 36 a torque on the shift shaft 15 and thus on the closing element 12 can exercise, with the pinion 54 and the rack 52 are arranged such that the pinion 54 and the shaft section 36 while relaxing the compression spring 51 Turn in the second direction of rotation D2, so that the closing element 12 is closed. Vice versa, turn the shaft section 36 and with it the pinion 54 in the first direction of rotation D1, in which the valve is opened, the rack 52 and the piston plate 56 in the housing against the cover plate 532 pushed, with the compression spring 51 compressed and thus biased. The energy store is loaded.
Sobald innerhalb der Druckfeder 51 eine definierte Vorspannung erreicht oder die Druckfeder 51 maximal gestaucht ist, wird die Zahnstange 52 mittels der Halteeinrichtung 60 in einer solchen Speicherstellung arretiert. Hierzu ist die Länge der Zahnstange 52 derart bemessen, dass die Ausnehmungen 58 im Endstück 57 der Zahnstange 52 bei Erreichen der Speicherstellung auf der Höhe der Durchbrüche 673 im Halsabschnitt 672 des Führungsrohres 67 liegen. Gleichzeitig wird die auf dem Führungsrohr 67 gleitgeführte Schiebehülse 62 von dem Riegel- oder Sperrelement in einer solchen Höhe über dem Flanschabsatz 671 positioniert und arretiert, dass die Ausnehmungen 65 in der Schiebehülse 62 unterhalb der Durchbrüche 673 in dem Halsabschnitt 672 des Führungsrohres 67 liegen, so dass die in den Durchbrüchen 673 im Halsabschnitt 672 radial geführten Rastelemente 61 von dem Innenumfang der Durchgangsöffnung 64 der Schiebehülse 62 radial nach innen in die Ausnehmungen 58 des Zahnstangen-Endstücks 57 hinein gedrückt werden. Die Rastelemente 61 blockieren nun die Zahnstange 57, die von der Druckfeder 51 entlang der Achse B in Richtung Deckelplatte 632 gedrückt wird, wobei sich die Rastelemente 61 in den Durchbrüchen 673 des Führungsrohres 67 abstützten.Once inside the compression spring 51 reaches a defined bias or the compression spring 51 maximum is compressed, the rack becomes 52 by means of the holding device 60 locked in such a storage position. This is the length of the rack 52 such that the recesses 58 in the tail 57 the rack 52 when reaching the storage position at the height of the breakthroughs 673 in the neck section 672 of the guide tube 67 lie. At the same time, the on the guide tube 67 Slidable sliding sleeve 62 from the latch or blocking element at such a height above the flange shoulder 671 positioned and locked that the recesses 65 in the sliding sleeve 62 below the breakthroughs 673 in the neck section 672 of the guide tube 67 lie so that in the breakthroughs 673 in the neck section 672 radially guided locking elements 61 from the inner periphery of the through hole 64 the sliding sleeve 62 radially inward into the recesses 58 of the rack end piece 57 be pressed into it. The locking elements 61 now block the rack 57 coming from the compression spring 51 along the axis B in the direction of the cover plate 632 is pressed, wherein the locking elements 61 in the breakthroughs 673 of the guide tube 67 abstützten.
Löst man das Riegel- oder Sperrelement, beispielsweise über ein (ein gleichfalls nicht dargestelltes) elektrisches oder mechanisches Stellglied, wird die Schiebehülse 62 von der Schubfeder 66 entlang der Achse B in Richtung Bodenplatte 631 geschoben, bis die Ausnehmungen 65 im Innenumfang der Durchgangsöffnung 64 die Höhe der Durchbrüche 673 im Führungsrohr 67 erreichen. Die Rastelemente 61, die von dem Endstück 57 der Zahnstange 58 bzw. von den in dem Endstück 57 ausgebildeten Ausnehmungen 58 permanent nach außen gedrückt werden, können nun radial in die Ausnehmungen 65 der Schiebehülse 62 ausweichen, wodurch das Endstück 57 innerhalb des Führungsrohres 67 freigegeben wird. Die Druckfeder 51 schiebt die Zahnstange 52 in dem Führungsrohr 67 entlang der Achse B in Richtung Deckelplatte 632, wobei das Ritzel 54 auf dem Wellenabschnitt 36 der Antriebswelle 30 in der zweiten Drehrichtung D2 gedreht und das Schließelement 12 sofort in Schließstellung gebracht wird. Die Schiebehülse 62 bildest damit ein Stellglied, welches die Haltevorrichtung 60 auslösen und den Kraftspeicher 50 freigeben kann.If the locking or blocking element is loosened, for example, via an electrical or mechanical actuator (likewise not shown), the sliding sleeve becomes 62 from the push spring 66 along the axis B towards the bottom plate 631 pushed until the recesses 65 in the inner circumference of the passage opening 64 the height of the breakthroughs 673 in the guide tube 67 to reach. The locking elements 61 that of the tail 57 the rack 58 or of the in the tail 57 trained recesses 58 can be pressed permanently outward, can now radially into the recesses 65 the sliding sleeve 62 dodge, causing the tail 57 inside the guide tube 67 is released. The compression spring 51 pushes the rack 52 in the guide tube 67 along the axis B in the direction of the cover plate 632 where the pinion 54 on the shaft section 36 the drive shaft 30 rotated in the second direction of rotation D2 and the closing element 12 immediately brought into the closed position. The sliding sleeve 62 thus forms an actuator, which the holding device 60 trigger and the energy storage 50 can release.
Die Halteeinrichtung 60 arretiert mithin den Kraftspeicher 50 in seiner Speicherstellung, bis dieser die Armatur schließen soll. Hierfür gibt die Halteeinrichtung 60 den Kraftspeicher 50 aus der Arretierung frei, so dass die Druckfeder 51 das Schließelement 12 bzw. den Absperrkörper 14 rasch und ohne zeitliche Verzögerung in seine Schließstellung bringen kann.The holding device 60 thus arrests the energy storage 50 in its storage position until it should close the valve. For this purpose, the holding device 60 the energy storage 50 free from the catch, leaving the compression spring 51 the closing element 12 or the shut-off 14 quickly and without delay to its closed position.
Die Halteeinrichtung 60 kann ergänzend oder alternativ gemäß DE 44 06 207 A1 ausgebildet sein, auf deren Inhalt hiermit vollinhaltlich Bezug genommen wird. DE 44 06 207 A1 zeigt zudem weitere mögliche Ausführungsbeispiele für eine geeignete Halteeinrichtung 60. Diese kann auch mit einer elektrisch schaltbaren Zahnkupplung versehen sein. Denkbar ist auch die Verwendung eines Stillstandmotors.The holding device 60 may be complementary or alternative according to DE 44 06 207 A1 be formed, the content of which is hereby incorporated by reference. DE 44 06 207 A1 also shows other possible embodiments of a suitable holding device 60 , This can also be provided with an electrically switchable gear coupling. It is also conceivable to use a standstill motor.
Die in der Antriebswelle 30 angeordnete Kupplung 40 sorgt dafür, dass das von der Druckfeder 51 des Kraftspeichers 50 auf das Ritzel 54 und den zweiten Teil 34 der Antriebswelle 30 ausgeübte Drehmoment nicht auf den ersten Teil 32 der Antriebswelle und damit auf den elektrischen Antrieb 20 übertragen wird. Weder der Elektromotor 21 noch das Getriebe 22 müssen daher beim Schließen der Armatur durchgedreht oder überwunden werden, was den Drehmomentbedarf des Kraftspeichers 50 deutlich reduziert.The in the drive shaft 30 arranged clutch 40 makes sure that from the compression spring 51 of the energy store 50 on the pinion 54 and the second part 34 the drive shaft 30 applied torque is not on the first part 32 the drive shaft and thus the electric drive 20 is transmitted. Neither the electric motor 21 still the gearbox 22 must therefore be turned or overcome when closing the valve, which is the torque requirement of the energy storage 50 significantly reduced.
Wird hingegen das Schließelement 12 über den elektrischen Antrieb 20 in seine Öffnungsstellung gebracht, überträgt die Kupplung 40 das von dem Elektromotor 21 erzeugte Drehmoment von dem ersten Teil 32 der Antriebswelle 30 auf den zweiten Teil 34 der Welle 30, so dass nicht nur das Schließelement 12 in der ersten Drehrichtung D1 in die Öffnungsstellung gebracht wird. Das auf dem Wellenabschnitt 36 angeordnete Ritzel 54 schiebt gleichzeitig die Zahnstange 52 in Richtung Kraftspeicher 50, wodurch die Druckfeder 51 über die Kolbenplatte 56 gespannt wird. Sobald die Druckfeder 51 die Speicherstellung des Kraftspeichers 50 erreicht hat, wird die die Zahnstange 52 mit seinem Endstück 57 in der Halteeinrichtung arretiert. Der Kraftspeicher 50 ist wieder geladen und für einen neuen Schließvorgang einsatzbereit.If, however, the closing element 12 over the electric drive 20 brought into its open position, transmits the clutch 40 that of the electric motor 21 generated torque from the first part 32 the drive shaft 30 to the second part 34 the wave 30 so not just the closing element 12 is brought in the first rotational direction D1 in the open position. That on the shaft section 36 arranged pinions 54 simultaneously pushes the rack 52 in the direction of energy storage 50 , causing the compression spring 51 over the piston plate 56 is tense. Once the compression spring 51 the storage position of the energy storage 50 has reached, which is the rack 52 with his tail 57 locked in the holding device. The energy storage 50 is loaded again and ready for a new closing process.
In dem Ausführungsbeispiels der 1 ist die Kupplung 40 eine Freilaufkupplung, die von zwei Kupplungsteilen 42, 44 gebildet wird. Ein erster Kupplungsteil 42 sitzt stirnseitig auf dem ersten Teil 32 der Antriebswelle 30, während ein zweiter Kupplungsteil 44 stirnseitig mit der Schiebehülse 38 und folglich mit dem zweiten Teil 34 der Antriebswelle verbunden ist. Die Abstände zwischen den Kupplungsteilen 42, 44, die Länge der Schiebehülse 38 und deren Stellweg entlang der Drehachse A sind derart aufeinander abgestimmt, dass der an der Schiebehülse 38 befestigte und damit ebenfalls verschiebbare Kupplungsteil 44 mit der von der Druckfeder 48 definierten Kraft gegen den ersten Kupplungsteil 42 gedrückt wird.In the embodiment of the 1 is the clutch 40 a one-way clutch, by two coupling parts 42 . 44 is formed. A first coupling part 42 sits frontally on the first part 32 the drive shaft 30 while a second coupling part 44 frontally with the sliding sleeve 38 and consequently with the second part 34 the drive shaft is connected. The distances between the coupling parts 42 . 44 , the length of the sliding sleeve 38 and whose travel along the axis of rotation A are matched to one another that of the sliding sleeve 38 attached and thus also displaceable coupling part 44 with that of the compression spring 48 defined force against the first coupling part 42 is pressed.
Jeder Kupplungsteil 42, 44 ist ferner stirnseitig mit einem Profil 46 versehen, das derart ausgebildet ist, dass eine Drehbewegung des ersten Teils 32 der Antriebswelle 30 in der ersten Drehrichtung D1 kraftschlüssig auf den zweiten Teil 34 der Antriebswelle 30 übertragen wird, während eine Drehbewegung des zweiten Teils 34 der Antriebswelle 30 in der zweiten Drehrichtung D2 nicht auf den ersten Teil 32 der Antriebswelle 30 übertragen wird. Als Profil 46 eignet sich beispielsweise eine Art Sägezahnprofil, das in den jeweiligen Drehrichtungen D1, D2 unterschiedliche Flanken aufweist.Each coupling part 42 . 44 is also frontal with a profile 46 provided, which is designed such that a rotational movement of the first part 32 the drive shaft 30 in the first direction of rotation D1 frictionally on the second part 34 the drive shaft 30 is transmitted while a rotational movement of the second part 34 the drive shaft 30 in the second direction of rotation D2 not on the first part 32 the drive shaft 30 is transmitted. As a profile 46 is suitable, for example, a kind of sawtooth profile, which has different edges in the respective directions of rotation D1, D2.
Dadurch kann die Kupplung 40 in der ersten Drehrichtung D1 Kraft von dem ersten Teil 32 der Antriebswelle 30 auf den zweiten Teil 34 der Antriebswelle 30 übertragen, denn die Flanken des Profils 46 greifen in der ersten Drehrichtung D1 kraftschlüssig ineinander, wobei die Druckfeder 48 verhindert, dass die Kupplungsteile 42, 44 axial auseinander gedrückt werden. In der gegenläufigen Drehrichtung D2 hingegen, können die Kupplungsteile 42, 44 voneinander gelöst, insbesondere abgehoben werden, so dass die Flanken des Profils 46 nicht mehr kraftschlüssig ineinander greifen. Die Kupplungsteile 42, 44 liegen vielmehr auseinander, wobei z. B. der zweite Kupplungsteil 44 entgegen der Druckfeder 48 entlang der Drehachse A in Richtung Ritzel 54 ausweicht. Die Kupplung 40 hat mithin einen Freilauf, der dafür sorgt, dass sich eine Drehbewegung des zweiten Teils 34 der Antriebswelle 30 in der zweiten Drehrichtung D2 nicht auf den ersten Teil 32 der Antriebswelle 30 überträgt. Die Kupplung „rattert” durch. Um den Verschleiß der Kupplung 40 zu minimieren, können die Oberflächen der Kupplungsteile 42, 44 gehärtet sein.This allows the clutch 40 in the first direction of rotation D1 force from the first part 32 the drive shaft 30 to the second part 34 the drive shaft 30 transferred, because the flanks of the profile 46 grip in the first direction of rotation D1 frictionally into each other, wherein the compression spring 48 prevents the coupling parts 42 . 44 be pressed apart axially. In contrast, in the opposite direction of rotation D2, the coupling parts 42 . 44 detached from each other, in particular to be lifted, so that the flanks of the profile 46 no longer frictionally engage each other. The coupling parts 42 . 44 are rather apart, with z. B. the second coupling part 44 against the compression spring 48 along the axis of rotation A in the direction of pinion 54 dodging. The coupling 40 thus has a freewheel, which ensures that a rotational movement of the second part 34 the drive shaft 30 in the second direction of rotation D2 not on the first part 32 the drive shaft 30 transfers. The clutch "rattles" through. To the wear of the clutch 40 minimize the surfaces of the coupling parts 42 . 44 be hardened.
Wichtig hierbei ist, dass die Kupplungsteile 42, 44 von einander getrennt werden, sobald der Federspeicher 50 die Sicherheitsfahrt des Schließelement 12 ausführt.Important here is that the coupling parts 42 . 44 be separated from each other as soon as the spring accumulator 50 the safety drive of the closing element 12 performs.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 besteht darin, dass die Armatur aufgrund der Freilaufkupplung 40 auch dann jederzeit von dem Kraftspeicher 50 geschlossen werden kann, wenn das Schließelement 12 seine Öffnungsstellung noch nicht vollständig erreicht haben sollte. Sobald der elektrische Antrieb 20 anhält, schiebt die bereits vorgespannte Druckfeder 51 des Kraftspeichers 50 die Zahnstange 52 in Öffnungsrichtung entlang der Achse B und das Ritzel 54 wird auf dem Wellenabschnitt 36 in Drehrichtung D2 gedreht. Die Kupplungsteile 42, 44 werden voneinander gelöst; die Kupplung 40 rutsch durch und das Schließelement 12 bzw. der Absperrkörper 14 gelangt sofort in seine Schließstellung. In der Ausführungsform von 2 ist keine Schiebehülse 38 vorgesehen, die axialverschieblich auf dem Wellenabschnitt 36 sitzt und endseitig den zweiten Kupplungsteil 44 der Kupplung 40 trägt. Dieser ist ebenso wie das Ritzel 54 des Kraftspeichers 50 axialfest und drehfest mit dem zweiten Teil 34 der Antriebswelle 30 verbunden. Der erste Kupplungsteil 42 der Kupplung 40 hingegen ist stirnseitig an dem zweiten Teil 32 der Antriebswelle 30 ausgebildet und mittels einer Kupplungshülse 25, die in Bezug auf die Drehachse A verschieblich aber drehfest ausgebildet ist, axialverschieblich gelagert. Zwischen der Kupplungshülse 25 und dem (hier nicht sichtbaren) Schneckenrad des Getriebes 22 ist eine (gleichfalls nicht gezeigte) Druckfeder angeordnet, welche die Kupplungshülse 25 entlang der Drehachse A und in Richtung des zweiten Teils 32 der Antriebswelle 30 mit einer definierten Kraft beaufschlagt, wobei sich die Feder seitlich an dem Schneckenrad oder dem Getriebegehäuse abstützen kann. Die Kupplungshülse 25 kann alternativ oder zusätzlich in einem Gehäuse 26 geführt und/oder gelagert sein, das hierzu mit (Lager)Öffnungen versehen ist. Die Druckfeder ist auch hier bevorzugt als Schraubenfeder oder als Tellerfeder ausgebildet, wobei mehrere Tellerfedern ein Tellerfederpaket bilden können.Another significant advantage of the device according to the invention 10 is that the fitting due to the one-way clutch 40 also at any time from the energy storage 50 can be closed when the closing element 12 its opening position should not have reached completely. As soon as the electric drive 20 stops, pushes the already preloaded compression spring 51 of the energy store 50 the rack 52 in the opening direction along the axis B and the pinion 54 is on the shaft section 36 rotated in direction of rotation D2. The coupling parts 42 . 44 are solved from each other; the coupling 40 slip through and the closing element 12 or the shut-off 14 arrives immediately in its closed position. In the embodiment of 2 is not a sliding sleeve 38 provided, the axially displaceable on the shaft portion 36 sits and ends the second coupling part 44 the clutch 40 wearing. This is just like the pinion 54 of the energy store 50 axially fixed and rotationally fixed with the second part 34 the drive shaft 30 connected. The first coupling part 42 the clutch 40 on the other hand, it is on the front side on the second part 32 the drive shaft 30 formed and by means of a coupling sleeve 25 , which is slidably but rotationally fixed with respect to the axis of rotation A, mounted axially displaceable. Between the coupling sleeve 25 and the (not visible here) worm gear of the transmission 22 is a (not shown) compression spring arranged, which is the coupling sleeve 25 along the axis of rotation A and in the direction of the second part 32 the drive shaft 30 acted upon by a defined force, wherein the spring can be supported laterally on the worm wheel or the transmission housing. The coupling sleeve 25 may alternatively or additionally in a housing 26 be guided and / or stored, which is provided for this purpose with (stock) openings. The compression spring is also preferably designed as a helical spring or a plate spring, wherein a plurality of disc springs can form a cup spring assembly.
3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 zum Betätigen eines Schließelements 12 einer Armatur, die im Vergleich mit den Ausführungsformen der 1 und 2 einen veränderten Aufbau der Kupplung 40 aufweist. Der übrige Aufbau und die Funktionsweise der Ausführungsform von 3 stimmt jedoch mit dem Aufbau und der Funktionsweise der in 1 dargestellten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 überein. Dementsprechend sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen benannt. 3 shows a further embodiment of a device according to the invention 10 for actuating a closing element 12 a fitting, in comparison with the embodiments of the 1 and 2 a modified structure of the clutch 40 having. The remaining construction and the operation of the embodiment of 3 agrees with the structure and functioning of in 1 illustrated embodiments of the device according to the invention 10 match. Accordingly, the same components are named with the same reference numerals.
Die in der Antriebswelle 30 eingebaute Kupplung 40 hat zwei ringscheibenförmige Kupplungsteile 42, 44, die stirnseitig jeweils mit einem Profil 46 versehen sind, beispielsweise ein Profil aus Sägeverzahnung und/oder Geradverzahnung. Dieses ist derart geformt bzw. ausgebildet, dass in der ersten Drehrichtung D1 um die Drehachse A eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem ersten Teil 32 und dem zweiten Teil 34 der Antriebswelle 30 gewährleistet ist, so dass ein von dem elektrischen Antrieb 20 in der Drehrichtung D1 erzeugtes Drehmoment von dem ersten Teil 32 der Antriebswelle 30 direkt auf den zweiten Teil 34 der Antriebswelle 30 und damit auf das Schließelement 12 übertragen wird. In der zu der ersten Drehrichtung D1 entgegengesetzten zweiten Drehrichtung D2 hingegen entsteht aufgrund des Profils 46 keine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem ersten Teil 32 und dem zweiten Teil 34 der Antriebswelle 30, so dass ein von dem Kraftspeicher 50 in der Drehrichtung D2 erzeugtes Drehmoment von dem zweiten Teil 34 der Antriebswelle 30 nicht auf den ersten Teil 32 übertragen wird.The in the drive shaft 30 built-in clutch 40 has two annular disc-shaped coupling parts 42 . 44 , the front side each with a profile 46 are provided, for example, a profile of saw toothing and / or spur toothing. This is shaped or formed such that in the first direction of rotation D1 about the axis of rotation A a frictional connection between the first part 32 and the second part 34 the drive shaft 30 is ensured, so that one of the electric drive 20 torque generated in the direction of rotation D1 from the first part 32 the drive shaft 30 directly to the second part 34 the drive shaft 30 and thus on the closing element 12 is transmitted. In the opposite to the first rotational direction D1 second direction of rotation D2, however, arises due to the profile 46 no positive connection between the first part 32 and the second part 34 the drive shaft 30 so one of the energy store 50 Torque generated in the direction of rotation D2 of the second part 34 the drive shaft 30 not on the first part 32 is transmitted.
Der feststehende Kupplungsteil 44 der Kupplung 40 ist als Kupplungsscheibe kraftschlüssig mit dem zweiten Teil 34 der Antriebswelle 30 verbunden. Er sitzt – ebenso wie das Ritzel 54 – axialfest und drehfest auf dem Wellenabschnitt 36. Der zweite Kupplungsteil 44 kann auch einstückig mit dem Ritzel 54 ausgebildet sein.The fixed coupling part 44 the clutch 40 is frictionally engaged with the second part as a clutch disc 34 the drive shaft 30 connected. He sits - as well as the pinion 54 - axially fixed and rotationally fixed on the shaft portion 36 , The second coupling part 44 can also be integral with the pinion 54 be educated.
Damit die Kupplungsteile 42, 44 relativ zueinander bewegbar sind, ist der ”lose” Kupplungsteil 42 in Richtung der Drehachse A verschiebbar auf dem ersten Teil 32 der Antriebswelle 30 angeordnet. Dieser ist hierzu endseitig in eine Innenverzahnung des Schneckenrades 23 eingesetzt und an seinem dem zweiten Teil 34 der Antriebswelle 30 zugewandten Ende mit einem zylindrischen Fortsatz 321 versehen, der umfangsseitig ein Bewegungsgewinde 322 aufweist. Der Fortsatz 321 nimmt als Wellenzapfen, den ersten Kupplungsteil 42 auf, der als ringförmige Kupplungsscheibe mit einer (nicht bezeichneten) Durchgangsöffnung und einem zu dem Bewegungsgewinde 322 korrespondierenden (ebenfalls nicht gezeigten) Innengewinde versehen ist.So that the coupling parts 42 . 44 are movable relative to each other, is the "loose" coupling part 42 in the direction of the axis of rotation A displaceable on the first part 32 the drive shaft 30 arranged. This is the end in an internal toothing of the worm wheel 23 used and at its the second part 34 the drive shaft 30 facing end with a cylindrical extension 321 provided, the circumference of a motion thread 322 having. The extension 321 takes as shaft journal, the first coupling part 42 on, as an annular clutch disc with a (not designated) through-opening and one to the motion thread 322 corresponding (also not shown) internal thread is provided.
Das Bewegungsgewinde 322 auf dem Wellenzapfen und in der Kupplungsscheibe 42 sind mit einem relativ großen Steigungswinkel ausgeführt, damit aus der Drehbewegung von Schneckenrad 23 und Kupplungsscheibe 42 ein Axialhub in Richtung der Drehachse A ausgeführt werden kann. Für die Sicherung des Kupplungsteils 42 während der Hubbewegung ist eine (nicht dargestellte) Verdrehsicherung vorgesehen, die einerseits die begrenzte Drehbewegung der Kupplungsscheibe 42 infolge der Schubbewegung des Stellgewindes 322 zulässt, andererseits die Bewegung der Scheibe 42 am Ende des Axialhubes begrenzt. Die Verdrehsicherung kann beispielsweise in Form eines federbelasteten Stiftes ausgeführt werden, der im Getriebeflansch fixiert ist, die Führungsnut in der Kupplungsscheibe 42 hat die Form eines Kreissegments, dessen Bogenlänge vom Drehwinkel der Scheibe 42 festgelegt ist. Die Hubgröße der Kupplungsscheibe 42 ist abhängig von der Höhe des Profils 46. Wichtig hierbei ist, dass am Ende des Hubes die Verzahnung der Profile 46 auf den beiden Kupplungsteilen 42, 44 miteinander im Eingriff stehen.The motion thread 322 on the shaft journal and in the clutch disc 42 are designed with a relatively large pitch angle, thus from the rotational movement of worm wheel 23 and clutch disc 42 an axial stroke in the direction of the axis of rotation A can be performed. For securing the coupling part 42 during the lifting movement (not shown) anti-rotation is provided on the one hand, the limited rotational movement of the clutch disc 42 due to the pushing movement of the adjusting thread 322 on the other hand allows the movement of the disc 42 limited at the end of Axialhubes. The rotation can be performed for example in the form of a spring-loaded pin which is fixed in the gear flange, the guide groove in the clutch disc 42 has the shape of a circle segment, the arc length of the rotation angle of the disc 42 is fixed. The stroke size of the clutch disc 42 depends on the height of the profile 46 , It is important that at the end of the stroke, the teeth of the profiles 46 on the two coupling parts 42 . 44 engage each other.
Zwischen den Kupplungsteilen 42, 44 ist ein Druckfederpaket 49 angeordnet, welches den ersten Kupplungsteil 42 entlang der Drehachse A und in Richtung des Antriebs 20 mit einer definierten Kraft beaufschlagt, wobei sich die Federn des Druckfederpaket 49 an den Stirnseiten der Kupplungsteile 42, 44 abstützen. Letztere sind hierzu jeweils mit einer Ausnehmung 45 versehen, welche die Federn des Druckfederpaket 49 aufnehmen.Between the coupling parts 42 . 44 is a compression spring package 49 arranged, which the first coupling part 42 along the axis of rotation A and in the direction of the drive 20 acted upon by a defined force, wherein the springs of the compression spring package 49 on the front sides of the coupling parts 42 . 44 support. The latter are each with a recess 45 provided, which are the springs of the compression spring package 49 take up.
Man erkennt, dass die beiden Kupplungsteile 42, 44 von dem Druckfederpaket 49 permanent axial getrennt werden, so dass die beiderseitigen Profile 46 nicht miteinander im Eingriff stehen. Dreht jedoch der elektrische Antrieb 20 den ersten Teil 32 der Antriebswelle 30 in Drehrichtung D1, dann wird zunächst der auf dem Wellenzapfen 321 gelagerte erste Kupplungsteil 42 von dem entsprechend ausgerichteten Bewegungsgewinde 322 entgegen der Federkraft des Druckfederpakets 49 in Richtung Schließelement 12 bewegt, bis die beiden Kupplungsteile 42, 44 in Eingriff gelangen. Dadurch wird die kraftschlüssige Verbindung der Kupplung 40 in Drehrichtung D1 wirksam und die von dem elektrischen Antrieb 20 generierte Drehbewegung wird von dem ersten Teil 32 der Antriebswelle 30 auf den zweiten Teil 34 der Antriebswelle 30 übertragen, die über die Schaltwelle 15 das Schließelement 12 öffnet und über das Ritzel 54 und die Zahnstange 52 die Druckfeder 51 des Kraftspeichers 50 vorspannt, bis dieser seine Speicherstellung erreicht und von der Halteeinrichtung 60 arretiert wird. Der Absperrkörper 14 hat seine Öffnungsstellung erreicht. Die Armatur ist vollständig geöffnet. Der elektrische Antrieb kann abgeschaltet werden.It can be seen that the two coupling parts 42 . 44 from the compression spring package 49 permanently axially separated so that the mutual profiles 46 do not interfere with each other. However, the electric drive is turning 20 the first part 32 the drive shaft 30 in the direction of rotation D1, then the first on the shaft journal 321 mounted first coupling part 42 from the appropriately aligned motion thread 322 against the spring force of the compression spring package 49 towards the closing element 12 moved until the two coupling parts 42 . 44 engage. This will cause the frictional connection of the clutch 40 in the direction of rotation D1 and that of the electric drive 20 generated rotation is from the first part 32 the drive shaft 30 to the second part 34 the drive shaft 30 transmitted via the selector shaft 15 the closing element 12 opens and over the pinion 54 and the rack 52 the compression spring 51 of the energy store 50 biased until it reaches its storage position and the holding device 60 is locked. The shut-off body 14 has reached its open position. The valve is fully open. The electric drive can be switched off.
Sobald der elektrische Antrieb 20 still steht oder abgeschaltet ist, wird der erste Kupplungsteil 42 durch das Druckfederpaket 49 von dem zweiten Kupplungsteil 44 getrennt und auf dem zylindrischen Fortsatz 321 des Wellenteils 32 entlang der Drehachse A in Richtung Antrieb 20 verschoben, so dass die Kupplung 40 außer Eingriff steht.As soon as the electric drive 20 stands still or is turned off, the first coupling part 42 through the compression spring package 49 from the second coupling part 44 separated and on the cylindrical extension 321 of the shaft part 32 along the axis of rotation A in the direction of the drive 20 moved so that the clutch 40 is out of engagement.
Löst man nun das Riegel- oder Sperrelement der Halteeinrichtung 60, wird die Zahnstange 52 aus ihrer Arretierung in dem Führungsrohr 67 freigegeben. Die Druckfeder 51 schiebt die Zahnstange 52 in dem Führungsrohr 67 entlang der Achse B in Richtung Deckelplatte 632, wobei das Ritzel 54 auf dem Wellenabschnitt 36 der Antriebswelle 30 in der zweiten Drehrichtung D2 gedreht und das Schließelement 12 sofort in seine Schließstellung gebracht wird.Now loosen the locking or locking element of the holding device 60 , the rack becomes 52 from its lock in the guide tube 67 Approved. The compression spring 51 pushes the rack 52 in the guide tube 67 along the axis B in the direction of the cover plate 632 where the pinion 54 on the shaft section 36 the drive shaft 30 rotated in the second direction of rotation D2 and the closing element 12 immediately brought into its closed position.
Die in der Antriebswelle 30 angeordnete Freilaufkupplung 40 sorgt auch hier dafür, dass das von der Druckfeder 51 des Kraftspeichers 50 auf das Ritzel 54 und den zweiten Teil 34 der Antriebswelle 30 ausgeübte Drehmoment nicht auf den ersten Teil 32 der Antriebswelle übertragen wird, denn die beiden Kupplungsteile 42, 44 werden von dem Druckfederpaket 49 sofort voneinander gelöst, sobald der elektrische Antrieb still steht. Weder der Elektromotor 21 noch das Getriebe 22 werden daher beim Schließen der Armatur durchgedreht, was sich günstig auf deren Verschleiß auswirkt.The in the drive shaft 30 arranged freewheel clutch 40 ensures here, too, that of the compression spring 51 of the energy store 50 on the pinion 54 and the second part 34 the drive shaft 30 applied torque is not on the first part 32 the drive shaft is transmitted, because the two coupling parts 42 . 44 be from the compression spring package 49 immediately released as soon as the electric drive stops. Neither the electric motor 21 still the gearbox 22 are therefore turned off when closing the valve, which has a favorable effect on their wear.
Ein endseitig in dem Führungsrohr 67 ausgebildetes Dämpfungselement 68 kann als Dämpfungsanschlag für das Endstück 57 der Zahnstange 52 wirken, wodurch das Schließelement 12 kurz vor Erreichen seiner Endstellung abgebremst wird. Das Dämpfungselement 68 kann eine Federanordnung sein oder man verwendet einen Gummipuffer. Das Dämpfungselement 68 kann bei Bedarf relativ zu der Deckelplatte 632 des Gehäuses 63 der Halteeinrichtung 60 axial verstellbar ausgebildet sein, um eine optimale Dämpfungswirkung zu erreichen.One end in the guide tube 67 formed damping element 68 can as a damping stop for the tail 57 the rack 52 act, reducing the closing element 12 is braked shortly before reaching its end position. The damping element 68 may be a spring arrangement or you can use a rubber buffer. The damping element 68 If necessary, relative to the cover plate 632 of the housing 63 the holding device 60 be designed axially adjustable to achieve an optimal damping effect.
Die Öffnungsstellung und die Schließstellung des Schließelements 12 können ferner zweckmäßig von (nicht dargestellten) Anschlägen definiert sein, die beispielsweise an oder in dem zweiten Teil 34 der Antriebswelle 30, insbesondere in oder an dem Wellenabschnitt 36 ausgebildet sind. Denkbar ist auch die Verwendung von Endlagenschaltern, die z. B. den elektrischen Antrieb 20 bei Erreichen der Öffnungsstellung des Schließelements 12 abschalten.The open position and the closed position of the closing element 12 may also be conveniently defined by stops (not shown), for example at or in the second part 34 the drive shaft 30 , in particular in or on the shaft section 36 are formed. It is also conceivable the use of limit switches, the z. B. the electric drive 20 upon reaching the opening position of the closing element 12 switch off.
Auch bei Ausführungsform der Vorrichtung 10 nach 3 ist gewährleistet, dass die Armatur jederzeit während des Öffnungsvorganges des Schließelements 12 sicher geschlossen werden kann. Die Federkraft des zwischen den Kupplungsteilen 42, 44 angeordneten Druckfederpakets 49 zum Lösen der Kupplung 40 ist dabei nur für die Endposition bemessen, sondern auch für Zwischenpositionen während des Öffnungsvorgangs. Auf die Flanken des Profils 46 wirkt dabei die maximale Kraft. Zum Lösen der Kupplung 40 muss die Federkraft entsprechend der Kraft aus der Haftreibung ausgelegt sein.Also in the embodiment of the device 10 to 3 ensures that the fitting at any time during the opening process of the closing element 12 can be safely closed. The spring force of between the coupling parts 42 . 44 arranged compression spring packs 49 for releasing the clutch 40 is dimensioned only for the end position, but also for intermediate positions during the opening process. On the flanks of the profile 46 In doing so, the maximum force acts. To release the clutch 40 the spring force must be designed according to the force from the static friction.
Sobald der elektrische Antrieb 20 mit dem Schneckengetriebe 22 still steht, drücken die Federn des Druckfederpakets 49 die Kupplungsteile 42, 44 axial auseinander und die Kupplung 40 aktiviert ihren Freilauf. Die Druckfeder 51 des Kraftspeichers 50 kann das Schließelement 12 ungehindert und in kürzester Zeit wieder in die Schließstellung bringen. Die Bewegungsgewinde 322 auf dem zylindrischen Fortsatz 321 und in dem Kupplungsteil 42 sowie die Federkraft des Druckfederpakets 49 sind derart zu dimensionieren, dass minimale Reibungskräfte entstehen und dass alle Kräfte sicher aufgenommen werden können. Das Bewegungsgewinde 322 kann als Trapezgewinde ausgeführt sein, denkbar ist aber auch ein Gewinde wie es bei Kugelumlaufspindeln angewendet wird.As soon as the electric drive 20 with the worm gear 22 stands still, press the springs of the compression spring package 49 the coupling parts 42 . 44 axially apart and the clutch 40 activates her freewheel. The compression spring 51 of the energy store 50 can the closing element 12 unhindered and bring in the shortest time back to the closed position. The motion thread 322 on the cylindrical extension 321 and in the coupling part 42 and the spring force of the compression spring package 49 are to be dimensioned so that minimal frictional forces arise and that all forces can be safely absorbed. The motion thread 322 can be designed as a trapezoidal thread, but also conceivable is a thread as it is used in ball screws.
Es werden rein mechanische wirkende Funktionselemente in Anwendung gebracht, zusätzlicher Schaltaufwand (elektrisch) wird vermieden.There are purely mechanical acting functional elements brought into application, additional switching effort (electrical) is avoided.
In der Ausführungsform von 4 ist die Kupplung 40 als Einbaufreilauf ausgebildet, dessen (nicht näher bezeichneter) Innenring mit dem ersten Teil 32 der Antriebswelle 30 verbunden ist, während der (gleichfalls nicht bezeichnete) Außenring mit dem zweiten Teil 34 der Antriebswelle 30 in Verbindung steht.In the embodiment of 4 is the clutch 40 designed as installation freewheel whose (unspecified) inner ring with the first part 32 the drive shaft 30 is connected, while the (also not designated) outer ring with the second part 34 the drive shaft 30 communicates.
Der Einbaufreilauf 40 ist derart ausgebildet, dass in der ersten Drehrichtung D1 des Innenrings eine kraftschlüssige Verbindung zu dem Außenring entsteht. Der Freilauf 40 befindet sich im Mitnahmebetrieb und ein von dem elektrischen Antrieb 20 auf den ersten Teil 32 der Antriebswelle 30 ausgeübtes Drehmoment wird unmittelbar auf den Außenring und von diesem auf den zweiten Teil 34 der Antriebswelle 30 übertragen. In der zur der ersten Drehrichtung D1 entgegengesetzten zweiten Drehrichtung D2 hingegen besteht zwischen dem Innenring und dem Außenring keine Verbindung. Der Freilauf befindet sich im Leerlaufbetrieb und ein auf den Außenring ausgeübtes Drehmoment wird nicht auf den Innenring übertragen. Der Kraftspeicher 50 kann den Wellenabschnitt 36 und mithin das Schließelement 12 frei drehen und in Schließstellung bringen.The installation freewheel 40 is formed such that in the first rotational direction D1 of the inner ring a frictional connection to the outer ring is formed. The freewheel 40 is in driving mode and one of the electric drive 20 on the first part 32 the drive shaft 30 applied torque is applied directly to the outer ring and from this to the second part 34 the drive shaft 30 transfer. In contrast to the second direction of rotation D 2, which is opposite to the first direction of rotation D1, there is no connection between the inner ring and the outer ring. The freewheel is in idle mode and a torque exerted on the outer ring is not transmitted to the inner ring. The energy storage 50 can the shaft section 36 and hence the closing element 12 turn freely and bring into closed position.
Die Verwendung eines Einbaufreilaufs als Kupplung 40 hat den Vorteil, dass beim Start der Bewegung zum Mitnehmen des angetriebenen Innenring ein direkter Eingriff vorhanden ist, so dass der Antrieb 20 das Schließelement 12 ohne jede Verzögerung bewegen kann. Die Kraftübertragung erfolgt ohne Schlupf und ohne blockierende Verklemmung. Muss jedoch der Kraftspeicher 50 eine Sicherheitsfahrt des Schließelements 12 ausführen, gewährleistet der Einbaufreilauf ein sicheres Lösen des Innenrings vom Außenring beim Zurückdrehen im Leerlaufbetrieb, so dass der Kraftspeicher 50 das Schließelement 12 ungestört Schließen kann.The use of a built-in freewheel as a coupling 40 has the advantage that at the start of the movement to take away the driven inner ring a direct intervention is present, so that the drive 20 the closing element 12 can move without any delay. The power transmission takes place without slippage and without blocking jamming. Must, however, the energy storage 50 a safety drive of the closing element 12 run, the built-in Freewheel ensures a secure release of the inner ring from the outer ring when turning back in idle mode, so that the energy storage 50 the closing element 12 Undisturbed closing.
5 zeigt die Kupplung 40 als Klauenkupplung. Diese hat einen ersten Kupplungsteil 42, der mit dem ersten Teil 32 der Antriebswelle 30 verbunden oder mit diesem einstückig ist, und einen zweiten Kupplungsteil 44, der an dem zweiten Teil 34 der Antriebswelle 30 fixiert ist, vorzugsweise an dem Ritzel 54, das axialfest und drehfest auf dem zweiten Teil 34 der Antriebswelle 30 sitzt. Beide Kupplungsteile 42, 44 sind jeweils axialfest und drehfest mit den Wellenteilen 32, 34 verbunden, d. h. eine relative axiale Bewegung der Kupplungsteile 42, 44 in Richtung der Drehachse A findet nicht statt. 5 shows the clutch 40 as a claw clutch. This has a first coupling part 42 that with the first part 32 the drive shaft 30 is connected or integral with this, and a second coupling part 44 , the second part 34 the drive shaft 30 is fixed, preferably on the pinion 54 , the axially fixed and rotationally fixed on the second part 34 the drive shaft 30 sitting. Both coupling parts 42 . 44 are each axially fixed and rotationally fixed with the shaft parts 32 . 34 connected, ie a relative axial movement of the coupling parts 42 . 44 in the direction of the axis of rotation A does not take place.
Zur Übertragung des Drehmoments von dem ersten Teil 32 der Antriebswelle 30 auf den zweiten Teil 34 der Antriebswelle 30 in der ersten Drehrichtung D1 ist stirnseitig auf jedem Kupplungsteil 42, 44 eine kreissegmentförmige Erhebung 47 ausgebildet, die als Mitnehmerelemente in der ersten Drehrichtung D1 mit Seitenflächen 471 ineinander greifen, wodurch das Schließelement 12 über den elektrischen Antrieb 20 in seine Öffnungsstellung gebracht werden kann. In der entgegengesetzten zweiten Drehrichtung D2 bilden die segmentförmigen Erhebungen 47 – je nach Größe des Segmentwinkels – einen Freilauf, der dadurch erreicht wird, dass der Antrieb 21 des Schneckengetriebes 22 in die Schließposition des Schließelements 12 zurückdreht. Dadurch wird der Eingriffswinkel der segmentförmigen Erhebungen 47, d. h. der Kupplungssegmente frei und der Kraftspeicher 50 kann nach Freigabe der Halteeinrichtung 60 wirksam werden. Der zweite Teil 34 der Antriebswelle 30 kann sich bis zum Erreichen der Schließstellung frei drehen, ohne dass das von dem Kraftspeicher 50 auf den zweiten Teil 34 der Antriebswelle 30 ausgeübte Drehmoment auf den ersten Teil 32 der Antriebswelle 30 übertragen wird.To transmit the torque from the first part 32 the drive shaft 30 to the second part 34 the drive shaft 30 in the first direction of rotation D1 is frontally on each coupling part 42 . 44 a circular segment-shaped elevation 47 formed as a driver elements in the first direction of rotation D1 with side surfaces 471 mesh, whereby the closing element 12 over the electric drive 20 can be brought into its open position. In the opposite second direction of rotation D2 form the segment-shaped elevations 47 - Depending on the size of the segment angle - a freewheel, which is achieved by the fact that the drive 21 of the worm gear 22 in the closed position of the closing element 12 turns back. As a result, the pressure angle of the segment-shaped elevations 47 , ie the coupling segments free and the energy storage 50 can after release of the holding device 60 be effective. The second part 34 the drive shaft 30 can rotate freely until reaching the closed position, without that of the energy storage 50 to the second part 34 the drive shaft 30 applied torque on the first part 32 the drive shaft 30 is transmitted.
Das Getriebe 22 des elektrischen Antriebs 20 ist hierbei bevorzugt als Schwenkgetriebe ausgebildet. Dieses ist für die Betätigung eines Kugelhahns ausreichend, weil der Schwenkbereich des Absperrkörpers 14 um die Drehachse A etwa 90° beträgt, d. h. das vollständige Öffnen oder Schließen der Armatur erfolgt innerhalb einer Drehung um 90°.The gear 22 of the electric drive 20 is here preferably designed as a pivoting gear. This is sufficient for the operation of a ball valve, because the pivoting range of the shut-off 14 about the axis of rotation A is about 90 °, ie the complete opening or closing of the valve takes place within a 90 ° rotation.
Eine solche Verfahrensweise ist von der jeweiligen Sicherheitsanforderung der Anlage abhängig. Bei verschärften Sicherheitsanforderungen, wenn also ein Schließen auch während des Öffnungsvorgangs der Armatur möglich sein soll und wenn keine Rückstellfunktion des Antriebs zulässig ist, kann die Kupplung 40 zusätzlich mit einer Trenneinrichtung ausgerüstet sein. Eine solche Trenneinrichtung für die Kupplungsteile 42, 44 kann gemäß der Ausführungsform von 3 ausgebildet sein.Such a procedure depends on the respective safety requirement of the system. In the case of stricter safety requirements, ie if closing is also to be possible during the opening process of the valve, and if no reset function of the drive is permitted, the coupling can 40 additionally be equipped with a separator. Such a separator for the coupling parts 42 . 44 can according to the embodiment of 3 be educated.
Wesentliche Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung stellen sich wie folgt dar:
- – es ist kein ein Hydraulikantrieb erforderlich, weder als Regelantrieb noch zum Aufladen oder Halten des Sicherheitsantriebs 50. Damit ist auch keine aufwendige Überwachung und keine Ventilsteuerung notwendig;
- – Für den elektrischen Regelantrieb 20 können Standardkomponenten verwendet werden, beispielsweise ein handelsüblicher Elektromotor 21 mit Schneckengetriebe 22. Es können alle Anforderungen erfüllt werden, denen Antriebe und Getriebe für den Betrieb von Anlagen gerecht werden müssen;
- – Die Rutschkupplung 40 sorgt für ein zuverlässiges Öffnen der Armatur über den elektrischen Antrieb 20, aber auch für sofortiges Schließen der Armatur nach dem Auslösen der Halteeinrichtung 60;
- – Der Kraftspeicher 50 wird stets zum Schließen der Armatur verwendet, d. h. der Elektromotor 21 dient nur zum Öffnen des Schließelements 12 und muss daher auch immer nur in eine Richtung drehen. Eine Richtungsumkehr ist nicht erforderlich;
- – Der Kraftspeicher 50 wird während des Öffnens der Armatur gespannt und damit „aufgeladen”;
- – Die Kupplungsteile 42, 44 können aufgrund ihres Profils 46 beim Öffnen des Schließelements 12 in Drehrichtung D1 des Elektromotors 21 Kraft übertragen. Dadurch wird das Schließelement 12, wenn der Elektromotor 21 in Öffnungsrichtung dreht, geöffnet;
- – In Gegenrichtung hingegen ist eine Kraftübertragung mit der Kupplung 40 nicht möglich, so dass nach Auslösen der Halteeinrichtung 60 der Kraftspeicher 50 das Schließelement 12 zwangsweise in Schließstellung bringt, egal in welcher Position sich der Elektromotor 21 befindet. Hierbei werden die relativ zueinander verschiebbaren Kupplungsscheiben 42, 44 entgegen einer Druckfeder 48, 49 voneinander getrennt. Die Freilaufkupplung 40 rattert durch, bis die Armatur geschlossen ist.
Significant advantages of the device according to the invention are as follows: - - It is not a hydraulic drive required, either as a variable speed drive nor for charging or holding the safety drive 50 , Thus, no complex monitoring and no valve control is necessary;
- - For the electric variable speed drive 20 standard components can be used, for example a commercial electric motor 21 with worm gear 22 , It can meet all the requirements that drives and gearboxes have to meet for the operation of plants;
- - The slip clutch 40 ensures reliable opening of the valve via the electric drive 20 , but also for immediate closing of the valve after the release of the holding device 60 ;
- - The energy storage 50 is always used to close the valve, ie the electric motor 21 only serves to open the closing element 12 and therefore always has to turn in one direction only. A reversal of direction is not required;
- - The energy storage 50 is stretched while opening the valve and thus "charged";
- - The coupling parts 42 . 44 can because of their profile 46 when opening the closing element 12 in the direction of rotation D1 of the electric motor 21 Transmit power. This will be the closing element 12 when the electric motor 21 in the opening direction turns, opened;
- - In the opposite direction, however, is a power transmission with the clutch 40 not possible, so that after triggering the holding device 60 the energy storage 50 the closing element 12 Forcibly brings into the closed position, no matter in which position the electric motor 21 located. Here are the relatively movable clutch plates 42 . 44 against a compression spring 48 . 49 separated from each other. The overrunning clutch 40 rattles through until the valve is closed.
Die Erfindung ist nicht auf eine der vorbeschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern in vielfältiger Weise abwandelbar. So kann beispielsweise anstelle eines Kugelhahns auch eine Absperrklappe oder ein Absperrschieber verwendet werden, die ggf. über eine mit der Antriebswelle 30 in Verbindung stehende Hebelmechanik betätigt werden.The invention is not limited to one of the above-described embodiments, but can be modified in many ways. Thus, for example, instead of a ball valve and a butterfly valve or a gate valve can be used, which optionally has one with the drive shaft 30 related lever mechanism are operated.
Man erkennt jedoch, dass eine Vorrichtung 10 zum Betätigen eines Schließelements 12 einer Armatur einen elektrischen Antrieb 20 hat, der das Schließelement 12 von einer Schließstellung in eine Öffnungsstellung bringt. Ferner ist ein Kraftspeicher 50 vorgesehen, der das Schließelement 12 unabhängig von dem elektrischen Antrieb 20 aus einer Öffnungsstellung in die Schließstellung bringt, wobei eine Halteeinrichtung 60 vorhanden ist, welche den Kraftspeicher 50 in einer Speicherstellung arretiert und den Kraftspeicher 50 zum Schließen des Schließelements 12 aus einer Arretierung freigibt. Um zu erreichen, dass das Schließ- bzw. Ventilelement jederzeit rasch und zuverlässig in eine definierte Schließstellung gebracht werden kann, ist vorgesehen, dass das Schließelement 12 über eine geteilte Antriebswelle 30 betätigbar ist, wobei ein erster Teil 32 der Antriebswelle 30 mit dem elektrischen Antrieb 20 und ein zweiter Teil 34 der Antriebswelle 30 mit dem Schließelement 12 und dem Kraftspeicher 50 verbunden ist, und wobei zwischen dem ersten Teil 32 und dem zweiten Teil 34 der Antriebswelle 30 eine Kupplung 40 angeordnet ist, welche derart ausgebildet ist, dass in einer ersten Drehrichtung D1 der Antriebswelle 30 zum Öffnen des Schließelements 12 zwischen dem ersten Teil 32 und dem zweiten Teil 34 der Antriebswelle 30 eine kraftschlüssige Verbindung wirksam ist, während in einer zu der ersten Drehrichtung D1 entgegengesetzten zweiten Drehrichtung D2 der Antriebswelle 30 zum Schließen des Schließelements 12 die kraftschlüssige Verbindung zwischen dem ersten Teil 32 und dem zweiten Teil 34 der Antriebswelle 30 unwirksam ist.It can be seen, however, that a device 10 for actuating a closing element 12 a fitting an electric drive 20 that has the closing element 12 brings from a closed position to an open position. Furthermore, an energy storage 50 provided, which is the closing element 12 independent of the electric drive 20 brings from an open position to the closed position, wherein a holding device 60 is present, which the energy storage 50 locked in a storage position and the energy storage 50 for closing the closing element 12 releases from a lock. In order to achieve that the closing or valve element can be brought quickly and reliably into a defined closed position at any time, it is provided that the closing element 12 via a split drive shaft 30 is operable, with a first part 32 the drive shaft 30 with the electric drive 20 and a second part 34 the drive shaft 30 with the closing element 12 and the energy storage 50 is connected, and being between the first part 32 and the second part 34 the drive shaft 30 a clutch 40 is arranged, which is designed such that in a first rotational direction D1 of the drive shaft 30 for opening the closing element 12 between the first part 32 and the second part 34 the drive shaft 30 a non-positive connection is effective while in a direction opposite to the first rotational direction D1 second rotational direction D2 of the drive shaft 30 for closing the closing element 12 the non-positive connection between the first part 32 and the second part 34 the drive shaft 30 is ineffective.
Die Kupplung 40, beispielsweise eine Freilaufkupplung, ein Einbaufreilauf oder eine Klauenkupplung, wird bevorzugt von zwei Kupplungsteilen 42, 44 gebildet, wobei ein erster Kupplungsteil 42 mit dem ersten Teil 32 der Antriebswelle 30 und ein zweiter Kupplungsteil 44 mit dem zweiten Teil 34 der Antriebswelle 30 verbunden ist, und wobei die Kupplungsteile 42, 44 relativ zueinander bewegbar ausgebildet sind.The coupling 40 For example, an overrunning clutch, a built-in freewheel or a dog clutch, is preferably of two coupling parts 42 . 44 formed, wherein a first coupling part 42 with the first part 32 the drive shaft 30 and a second coupling part 44 with the second part 34 the drive shaft 30 is connected, and wherein the coupling parts 42 . 44 are formed movable relative to each other.
Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritten, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.All of the claims, the description and the drawings resulting features and advantages, including design details, spatial arrangements and method steps may be essential to the invention both in itself and in various combinations.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
-
AA
-
Drehachseaxis of rotation
-
D1D1
-
Drehrichtungdirection of rotation
-
D2D2
-
Drehrichtungdirection of rotation
-
1010
-
Vorrichtungcontraption
-
1212
-
Schließelementclosing element
-
1313
-
Pfeil/StrömungsrichtungArrow / direction of flow
-
1414
-
Absperrkörpershut-off
-
1515
-
Schaltwelleshift shaft
-
1717
-
Montageflanschmounting flange
-
2020
-
elektrischer Antriebelectric drive
-
2121
-
Elektromotorelectric motor
-
2222
-
Getriebe/SchneckengetriebeGear / worm gear
-
2323
-
Schneckenradworm
-
2424
-
Gehäusecasing
-
2525
-
Kupplungshülsecoupling sleeve
-
2626
-
Gehäusecasing
-
3030
-
Antriebswelledrive shaft
-
3131
-
Wellengehäuseshaft housing
-
311311
-
(Lager)Öffnung(Stock) opening
-
3232
-
erster Teilfirst part
-
321321
-
zylindrischer Fortsatzcylindrical extension
-
322322
-
Bewegungsgewindemotion thread
-
3434
-
zweiter Teilsecond part
-
3636
-
Wellenabschnittshaft section
-
3838
-
Schiebehülsesliding sleeve
-
4040
-
Kupplungclutch
-
4242
-
Kupplungsteilcoupling part
-
4444
-
Kupplungsteilcoupling part
-
4545
-
Ausnehmungrecess
-
4646
-
Profilprofile
-
4747
-
Erhebungsurvey
-
471471
-
Seitenflächeside surface
-
4848
-
Druckfedercompression spring
-
4949
-
DruckfederpaketPressure springs
-
5050
-
Kraftspeicherpower storage
-
5151
-
Druckfedercompression spring
-
5252
-
Zahnstangerack
-
5353
-
Gehäusecasing
-
531531
-
Bodenplattebaseplate
-
532532
-
Deckelplattecover plate
-
5454
-
Ritzelpinion
-
5555
-
Vertiefungdeepening
-
5656
-
Kolbenplattepiston plate
-
5757
-
Endstücktail
-
5858
-
Ausnehmungrecess
-
6060
-
Halteeinrichtungholder
-
6161
-
Rastelementlocking element
-
6262
-
Schiebehülsesliding sleeve
-
6363
-
Gehäusecasing
-
631631
-
Bodenplattebaseplate
-
632632
-
Deckelplattecover plate
-
6464
-
DurchgangsöffnungThrough opening
-
6565
-
Ausnehmungrecess
-
6666
-
Schubfederthrust spring
-
6767
-
Führungsrohrguide tube
-
671671
-
FlanschabsatzFlanschabsatz
-
672672
-
Halsabschnittneck section
-
673673
-
Durchbruchbreakthrough
-
6868
-
Dämpfungselementdamping element
