DE1426596C - Automatische, mechanisch zwangskuppeln de Arretiereinrichtung, fur pneumatische oder hydraulische Stellmotore - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine automatische, mecha-' nisch zwangskuppelnde Arretiereinrichtung, für einen pneumatischen oder hydraulischen Stellmotor mit einer mit der Kolbenstange des Stellmotors verbundenen, längsbeweglichen Spindel und einem Antriebsgestänge zur mechanischen Zwangarretierung bzw. Verblockung der augenblicklichen Betriebsstellung des Stellmotors bei Ausfall des Steuermittels, wobei über das Antriebsgestänge zwei gegenüberliegende verschiebbare Gewindebacken mit der mit Gewinde versehenen längsbeweglichen Spindel zum Eingriff kommen.

Bei derartigen pneumatischen oder hydraulischen Stellmotoren ist eine automatische, mechanisch zwangskuppelnde Arretiereinrichtung erforderlich, dic.cinerseits eine absolut zuverlässige Verblockung der augenblicklichen Betricbsstcllung des Stellmotors bei Ausfall des Steuermittels ohne größeren Stellungsfchler der Stellspindel ermöglicht und die andererseits über einen beliebigen Zeitraum voll wirksam bleibt.

Darüber hinaus muß die Möglichkeit gegeben sein, die Einstellung des Stellgliedes bei Ausfall des Steuermittel auch auf andere Weise vorzunehmen, damit beispielsweise bei Störungen im automatischen Antrieb der Betrieb weitergeführt werden kann.
. Es ist bekannt, zur Erfüllung dieser Erfordernisse ein pneumatisches Stellglied für eine Längsbewegung mit einem von dem Steuermittel beaufschlagten Druckkörper und'cjncm von dem Druckkörper über eine Reibungskupplung einschaltbaren sclbsthemmendcn Handantrieb sowie einer aus Kugelspindel und Ktigclmutter bestehenden Kugelschneckc für die Bewegungsübertragung zwischen Handantrieb und gesteuerter Längsbewegung zu verwenden.

Bei Ausfall des Steuermittels wird die Kupplung mittels eines fcderbelasteten Kolbens, der normalerweise von Steuermittel beaufschlagt ist, betätigt und es erfolgt eine Blockierung in der augenblicklichen Stellung und die Einschaltung eines Handantriebes.

Da'rüber hinaus ist in der Speiseleitung des Druckkörper eine Entlüftungseinrichtung zur willkürlichen Einschaltung des Handantriebes über die Reibungskupplung angeordnet (deutsche Patentschrift 1 045 238).

Bekannt ist.auch die Verwendung von geteilten Muttern für ähnliche Zwecke, z. B. bei Schnelischlußschiebern, bei welchen die mehrteilig ausgebildete Spindelmutter entgegen der Spannung einer Feder schloßartig in geeigneter Weise verriegelt wird und in jeder beliebigen ÖITnungsstellung durch Aufheben der Verriegelung die Spindel freigibt. Hierbei wird unter dem Druck der Federspannung der Schieber zum Schiiellschluß gebracht (deutsche Patentschriften ί 058 801 und I 070 465).

nine universelle Verwendung des bekannten pneumatischen Stellgliedes für eine Längsbewegung mit wahlweise einschaltbareni Handantrieb in der modernen Regelungstechnik, z. B. zur Betätigung großer Regelorgane, die von automatischen Regeleinrichtungen beeinflußt werden, ist unter Berücksichtigung der oft auftretenden extremen Belriebsverhällnisse bei maximalen Stellkräften und Stellwegen nicht möglich, da die verwandte Konuskupplung den hohen Anforderungen nicht genügt, die an eine automatische, mechanisch zwangkuppelnde Arretiereinrichtung zur Verblockung der augenblicklichen Betriebsstellung des Stellgliedes bei Ausfall des Stellermittels gestellt werden, '!'rocken laufende Konuskupplungen verbürgen keine ausreichend konstanten Reibungsverhältnisse infolge Verölung oder Verschmutzung. In öl laufende Konuskupplungen bauen relativ groß, brauchen Wartung und sind temperaturempfindlich hinsichtlich der Viskosität des Öles. Sie sind deshalb für Freiluftbauweise oder für Wärmekraftwerke nicht betriebstüchtig, da z. B. an großen Regelorganen in Hochdruck-Kraftwerken Spindelkräfte von 10 000 kp und mehr auftreten können. Hinzu kommt, daß die

ίο- zur Bewegungsübertragung zwischen Handantrieb und pneumatisch gesteuerter Längsbewegung benutzte Kugelschnecke weitere Nachteile bedingt. Die in der Kugelschnecke als Druckkörper dienenden Kugeln haben eine punktartige Lastaufnahme und weisen demzufolge eine hohe spezifische Flächenpressung auf. ·

Daraus resultiert ebenfalls, daß eine Anwendung für maximale Längskräfte nicht gegeben, zumindest aber stark eingeschränkt ist.

Darüber hinaus ist bei Störungen im automatischen Antrieb, z. B. bei Ausfall des Steuermittels, mit einem Handantrieb eine sichere Weiterführung des Betriebes nicht gewährleistet, vor allem wenn es sich hierbei um komplizierte Schalt-, Steuer- oder Regelvorgänge handelt.

Die bekannten Schnellschlußschieber mit einer geteilten Spindelmutter sind für solche speziellen Anwendungsgebiete bestimmt, wo es darauf ankommt, Absperrorgane zur Verhütung von Schadensfällen zum Schnellschluß zu bringen.

Als automatische, mechanisch zwangkuppelnde Arreticreinrichtungen für Stellglieder in regelungstechnischen Anlagen sind derartige Schiiellschluß-. schieber nicht zu verwenden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine automatische mechanisch zwangkuppelnde Arretiereinrichtung zu schaffen, die universell anwendbar ist bis zu maximalen Stellkräften und die eine sichere, von Umgebungseinflüssen unabhängige, zeitlich konstant bleibende Verblockung von Stellmotoren mit längsbeweglicher Spindel bzw. längsbeweglichem Antriebsgestänge bewirkt und die gewährleistet, daß bei Ausfall des Steuermittels eine elektrische Regelung bzw. Fernbedienung wirksam wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die längsbewegliche Spindel einer automatischen, mechanisch zwangkuppelnden Arretiereinrichtung mit einem der pneumatischen oder hydraulischen Regelung parallel laufenden Elektroantrieb mit kompjctter Installation zur elektrischen Regelung bzw. Fernbedienung gekoppelt ist, welcher nach Ausfall des Steuermittels unmittelbar die elektrische Regelung übernimmt, wobei gleichzeitig ein die beiden Seiten des Stellmotors verbindendesUmführungs- ventil geölinet wird.

Um eine Umschaltung von elektrischer auf hydraulische bzw. pneumatische Regelung zu ermöglichen, ist nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung der Elektroantrieb der längsbeweglichen Spindel der Arretiereinrichtung mit einem dem Antriebsgestänge vorgeschalteten Wechsclvcntil durch eine Impulsleitung verbunden.

Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist außerdem vorgesehen, daß an Stelle des Umführungsventils, welches die beiden Seiten des Stellmotors verbindet, im Zylinder eines zum Antriebsgestänge gehörenden Slellkolbens sich gegenüberliegende Steuerbolirungen angeordnet sind, welche durch zwei

pneumatische bzw. hydraulische Kurzschlußleitungen mit der Ober- und Unterseite des Stellmotors verbunden sind, wobei die Steuerbohrungen bei Beaufschlagung des Stellkolbens schließend abgedeckt und bei Ausfall des Steuermittels geöffnet sind.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß komplizierte Schalt-, Steueroder Regelvorgänge durch Störungen im pneumatischer bzw. hydraulischen Antrieb nicht unterbrochen, sondern mit Hilfe eines der pneumatischen oder hydraulischen Regelung parallel laufenden Elektroantriebes kontinuierlich weitergeführt werden.

Gleichzeitig ermöglicht diese Kombination, daß hiermit, beispielsweise von einer Schaltwarte aus, automatische Regelungen unterbrochen, die augenblickliche Stellung von Regelorganen verblockt und diese dann in die jeweilige gewünschte End- oder Zwischenstellung gefahren werden können.

Die Erfindung soll nachstehend an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In den Zeichnungen zeigt ■ . .

Fig'. 1 die Vorderansicht der automatischen, mechanisch zwangkuppelnden Arretiereinrichtung im Schnitt,

F i g. 2 die Einrichtung nach F i g. 1 in Zusammenhang mit einem kompletten Regelkreis.

Gemäß Fig. 1 und Fig. 2 gleitet die im oberen Teil mit einem Trapezgewinde versehene längsbewegliche Spindel 1 der 'Arretiereinrichtung, welche über die Gelenke 2, Lenkstange 3 und Hebelkombination 4 an der Kolbenstange eines Stellmotors 5 angreift, in einer Hohlspindel 6.

In zwei gegenüberliegenden Fenstern der Hohlspindel 6 sind prismenartige und mit Schrägschlitzen 10' versehene Gewindebacken 7 angeordnet. Die in der Hülse 9 vorhandenen Gleitbolzen 8, welche in die Schrägschlitze 10 der Gewindebacken 7 eingreifen, bewirken bei Verschiebung der Hülse 9 auf der Hohlspindel 6 das Ein- oder Ausrasten der Gewindebacken'7 in das Gewinde der Spindell. Die Verschiebung der Hülse 9 erfolgt durch das Hebelsystem 11, welches mittels zweier Gleitsteine 12 in die umlaufende Nut 13 der Hülse 9 eingreift. Das im Drehpunkt 14 gelagerte Hebelsystem 11 ist vermittels Gleitbolzen 15 an den prismenartigen Führungskopf 17 der Spindel 16 angelenkt und bildet ein zweiarmiges Hebelsystem. Die Spindel 16 wird im Gehäusekörper des Zylinders 18 geführt und durch eine einstellbare Rückholfeder 20 kraftschlüssig in den Zylinderraum 19 hineingedrückt, wobei über das Hebelsystem 11 die Hülse 9 in die obere Endlage gebracht wird, welche die Gewindebacken 7 in das Gewinde der Spindel 1 einrastet und diese damit blockiert. Der hierbei mögliche Stellungsfehler beträgt maximal eine halbe Gewindesteigung in der einen oder anderen Richtung.

In. der Darstellung nach F i g. 1 ist der im Zylinderraum 19 angeordnete topfartig geformte Stellkolben 22 über die Druckleitung 30 vom Steuermittel beaufschlagt. Hierbei wird die Spindel 16 gegen die Kraft der Rückholfeder 20 vom Stellkolben 22 nach oben gedrückt, wobei über das Hebelsystem It die Hülse 9 in die untere Endlage gebracht und die Spindel I durch Ausrasten der Gewindebacken 7 entblockt wird.

Der hinter dem Stellkolben 22 liegende Zylinderrau m ist durch eine Abflußleitiing 23 mit der Atmosphäre bzw. mit der Rücklaufleitung 32 für das Steuermittel verbunden, die in dem Sammelbehälter 24 der Pumpe mündet.

Hiermit wird dem unerwünschten Aufbau eines Gegendruckes im Zylinder 18 entgegengewirkt.' Die Spindel 1 ist gleichzeitig mit einem dem pneumatischen oder hydraulischen Antrieb des Reglers 28 parallel laufenden Elektroantrieb 21 mit kompletter Installation zur elektrischen Regelung bzw. Fernbedienung gekoppelt, welcher nach Ausfall des Steuermittels unmittelbar die elektrische Regelung übernimmt. Die Einschaltung des Elektroantriebes 21 erfolgt bei Ausfall des Steuermittels über eine entsprechende, jedoch nicht dargestellte Schaltung. Mit der Einschaltung des Elektroantriebes 21 wird gleichzeitig ein die beiden Seiten des Stellmotors 5 verbin-. dendes Umführungsventil 31 in Abhängigkeit von der Verblockung der Spindell geöffnet. Die Betätigung des Umführungsventils 31 kann, den jeweiligen Verhältnissen angepaßt, elektrisch, hydraulisch, pneumatisch oder auch mechanisch erfolgen.

Um eine Umschaltung von elektrischer auf hydraulische bzw. pneumatische Regelung zu ermöglichen, ist der Elektroantrieb 21 der Spindel 1 mit einem dem. Antriebsgestänge vorgeschalteten Wecrfselventil 29 durch eine nicht dargestellte Impulsleitung verbunden, die bewirkt, daß mit Wirksamwerden der hydraulischen bzw. pneumatischen Regelung und Aufhebung der Verblockung der Spindel 1 der Elektroantrieb 21 abgeschaltet wird.

Eine weitere vorteilhafte Ausführung der Arretiereinrichtung ergibt sich aus dem in Fig. 2 dargestellten Beispiel, wenn an Stelle des Umführungsventils 31 im Zylinder 18 des zum Antriebsgestänge gehörenden Stellkolbens 22 gegenüberliegende Steuerbohrungen 25 angeordnet werden, welche durch zwei pneumatische oder hydraulische Kurzschlußleitungen 26 mit der Ober- und Unterseite des Stellmotors 5 verbunden sind. Bei Ausfall des Steuermittels wird der Stellkolben 22 durch die Rückholfeder 20 in den Zylinderraum 19 des Zylinders 18 hineingedrückt. Dabei wird die Spindel 1 über das Hebelsystemil und Hülse 9 mittels der Gewindebacken 7 verblockt. Gleichzeitig werden die Steuerbohrungen 25, die bei Beaufschlagung des Stellkolbens 22 von diesem schließend abgedeckt waren, freigegeben, und der an die Spindel 1 angekoppelte Elektroantrieb 21 übernimmt unmittelbar die elektrische Regelung. Diese Ausführung bietet vor allem den Vorteil, daß jegliche Fehlschaltungen mit Sicherheit vermieden werden und der. apparative Aufwand der Arretiereinrichtung, durch Wegfall des Umführungsventils 31 einschließlich der hierfür notwendigen Schalteinrichtung, weitgehendst vereinfacht wird.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Automatische, mechanisch zwangskuppelnde Arretiereinrichtung, für einen pneumatischen oder hydraulischen Stellmotor mit einer mit der KoI-benstange des Stellmotors verbundenen, längsbeweglichen Spindel und einem Antriebsgestänge zur mechanischen Zwangsarretierung bzw. Verblockung der augenblicklichen Betriebsstellung des Stellmotors bei Ausfall des Steuermittels, wobei über das Antriebsgestänge zwei gegenüberliegende verschiebbare Gewindebacken mit der mit Gewinde versehenen längsbeweglichen Spindel zum Eingriff kommen, dadurch g e k e η η -

zeichnet, daß die Spindel (1) mit einem der pneumatischen oder hydraulischen Regelung parallellaufenden Elektroantrieb (21) mit kompletter Installation zur elektrischen Regelung bzw. Fernbedienung gekoppelt ist, welcher nach Ausfall des Steuermittels unmittelbar die elektrische Regelung übernimmt, wobei gleichzeitig ein die beiden Seiten des Stellmotors (5) verbindendes Umführungsveiitil (31) geöffnet wird.

2. Automatische, mechanisch zwangskuppelnde Arretiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektroantrieb (21) der Spindel (1) mit einem dem Antriebsgestänge vorgeschalteten Wechselventil (29) durch eine ' Impulsleitung verbunden ist, die eine Umschaltung von elektrischer auf hydraulische bzw. pneumatische Regelung ermöglicht.

3. Automatische, mechanisch zwangskuppelnde Arretiereinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle des Umführungsventils (31) im Zylinder (18) eines zum Antriebsgestänge gehörenden Stellkolbens (22) gegenüberliegende Steuerbohrungen (25) vorgesehen sind, welche durch zwei pneumatische bzw. hydraulische Kurzschlußleitungen (26) mit der Ober- und Unterseite des Stellmotors (5) verbunden sind, wobei die Steuerbohrungen (25) bei Beaufschlagung des Stellkolbens (22) schließend abgedeckt und bei Ausfall des Steuermittels geöffnet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen