DE29801229U1

DE29801229U1 - Vorrichtung zum Regeln und/oder Schließen sowie zum Schnellschließen einer Stellvorrichtung

Info

Publication number: DE29801229U1
Application number: DE29801229U
Authority: DE
Original assignee: S & R Maschbau GmbH
Current assignee: S & R Maschbau GmbH
Priority date: 1998-01-27
Filing date: 1998-01-27
Publication date: 1998-05-20
Anticipated expiration: 2008-01-28

Description

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Regeln und/oder Schließen sowie zum Schnellschließen einer Stellvorrichtung .

Gemäß dem Stand der Technik sind beispielsweise bei Gasturbinen Ventilsteller vorgesehen. Die Zufuhr des Gases oder der Frischluft zu der Gasturbine wird über ein Ventil geregelt. Die Regelung des Ventils erfolgt nach dem Stand der Technik über eine Hydraulik.

Die Hydraulik hat den Nachteil, daß hierbei häufig Dichtungsprobleme, zumindest auf lange Zeit gesehen, auftreten. Darüber hinaus sind Hydraulikanlagen kostspielig. Weiterhin tritt häufig eine Verschmutzung durch das Hydrauliköl auf, welche besonders in Turbinenräumen, die im allgemeinen sehr sauber sind, nicht erwünscht ist.

Darüber hinaus ist bei Gasturbinen ein Schnellverschluß vorgesehen. Für den Fall, daß ein Fehler auftritt, wird der Generator abgeschaltet und vom System abgekoppelt. In diesem Fall entfällt die Bremse für die Gasturbine, da der Generator im Normalbetrieb als Bremse wirkt.

Damit die Gasturbine in diesem Fall nicht mit überhöhten Drehzahlen weiterläuft, muß eine Schnellabschaltung, das heißt ein Schnellschlußventil für die Zuleitung für die Luft oder das Gas vorgesehen sein.

Auch dieses Schnellschlußventil wird gemäß dem Stand der Technik über die Hydraulik geregelt. Die Nachteile der Hydraulikregelung wurden schon oben genannt.

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Das der Erfindung zugrunde liegende technische Problem besteht darin, eine Vorrichtung zum Regeln und/oder Schließen sowie zum Schnellschließen einer Stellvorrichtung anzugeben, bei der keine Verschmutzungsprobleme auftreten.

Dieses technische Problem wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Dadurch, daß der Schnellverschluß über Federkraft bewirkt wird, treten die bei Hydraulikregelungen auftretenden Verschmutzungsprobleme nicht auf.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist als Stellvorrichtung ausgebildet, die einen Ventilsteller, eine Steuerung für den Ventilsteller sowie einen Antrieb für den Ventilsteller aufweist, wobei der Antrieb des Ventilstellers einen Stößel bewegt, der im Normalbetrieb ein Ventil öffnet oder schließt. Das erfindungsgemäße Schnellschlußventil weist wenigstens eine Feder zum schnellen Vorfahren des Stößels auf. Damit der Stößel im Normalbetrieb gegen die Federkraft gehalten wird, ist eine Kupplung vorgesehen, die elektromagnetisch betätigt wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat weiterhin den Vorteil, daß der Antrieb des Stößels im Normalbetrieb über einen Motor, vorzugsweise Drehstrommotor, sowie ein Getriebe, beispielsweise ein Plantengetriebe erfolgt. Auch hierdurch treten die genannten Verschmutzungsprobleme bei Hydraulikantrieben nicht auf.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann nicht nur bei Gasturbinen, sondern bei allen Turbinenantrieben eingesetzt werden. Sie kann darüber hinaus auch in der chemischen Verfahrenstechnik, in der Verfahrenstechnik allgemein, bei

Gasumwandlungen, Dampf anwendungen und dergleichen, wie auch bei Maschinenbremsen, die als Scheibenbremsen konstruiert sind, eingesetzt werden.

Bei dem Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei Scheibenbremsen, bei denen gemäß dem Stand der Technik ein Hubmagnet vorgesehen ist, ist es vorteilhaft, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung einen langen Hub aufweist und damit eine einfachere Konstruktion gegeben ist.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, und zwar zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung im Normalbetrieb im Schnitt;

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1;

Fig. 3 eine Einzelheit der Fig. 1;

Fig. 4 die erfindungsgemäße Vorrichtung nach einem SchnellSchluß im Schnitt;

Fig. 5 die erfindungsgemäße Vorrichtung im Schnitt während des Überganges in die Normalbetriebs teilung;

Fig. 6 die erfindungsgemäße Vorrichtung im Schnitt am Ende des Überganges in Normalbetriebstellung.

Fig. 1 zeigt eine Stellvorrichtung (1), bei der eine Arbeitseinheit aus einem Drehstrommotor (2) und einem Getriebe (3) besteht. Das Getriebe (3) ist vorzugsweise als Planetengetriebe ausgebildet.

Mit Hilfe des Drehstrommotors (2) und dem Getriebe (3) wird eine Gewindespindel (4) und ein Stößel (5) bewegt. Der Stößel (5) öffnet und schließt ein Ventil (nicht dargestellt) . Beim Öffnen des Ventils muß der· Stößel (5), der auf einer Platte (6) angeordnet ist, gegen die Kraft von vier Federn (7a, 7b, 7c, 7d) bewegt werden. Für die Führung der Platte (6) sind Führungsstangen (8, 9, 30, 31) vorgesehen (Fig. 2).

Im Normalbetrieb erfolgt die Bewegung des Stößels (5) dadurch, daß der Drehstrommotor (2) über das Getriebe (3) an die Gewindespindel (4) angreift. Die Gewindespindel (4) greift in eine Gewindemutter (10), die mit einem Zylinder (11) verbunden ist. Der Zylinder (11) ist mit der Platte (6) fest verbunden, die wiederum den Stößel (5) trägt.

Eine entsprechende Ansteuerung des Motors (2) mit elektronischen Geräten (nicht dargestellt) erlaubt es, eine beliebige Steuerkurve zu fahren. Die normalen Öffnungs- oder Schließzeiten ergeben sich aus der vom Antrieb bestimmten Geschwindigkeit der Linearbewegung des Stößels (5) .

Gemäß Fig. 3 ist eine Kupplung (14) dargestellt, welche aus Kugeln (12, 13) einer im Querschnitt L-förmig ausgebildeten Hülse (15) und Elektromagneten (17, 18) besteht. Die Elektromagnete (17, 18) können auch als Ringmagnet ausgebildet sein.

Die Kugeln (12, 13) greifen in Ausnehmungen (19, 20) des Zylinders (11) und werden durch einen Kragen (23) der Hülse (15) gehalten.

Im Falle eines gewünschten Schnellschließens wird die Kupplung (14) des Stößels (5) mit der Gewindemutter (10) durch Abschalten der Haltemagnete (17, 18) plötzlich gelöst. Jetzt kann die Federkraft der Federn (7a, 7b, 7c, 7d) den Stößel (5) schlagartig in Richtung des Pfeiles (A) bewegen, wodurch das Ventil (nicht dargestellt) geschlossen wird. Der gleiche Vorgang läuft auch dann ab, wenn der Strom ausfällt. In diesem Fall üben die Elektromagnete (17, 18) nicht mehr die Haltefunktion aus. Für den Schnellschluß ist es gleichgültig, in welcher Stellung sich der Stößel (5) befindet.

Werden die Haltemagnete (17, 18) nicht mehr mit Strom beaufschlagt, wird die Hülse (15) in Richtung des Pfeiles (A) bewegt. Hierzu ist eine Feder (21) vorgesehen. Die Hülse (15) wird von den Haltemagneten (17, 18) gegen die Federkraft der Feder (21) gehalten. Werden die Elektromagnete (17, 18) nicht mehr mit Strom beaufschlagt, so wirkt nur noch die Federkraft der Feder (21) in Richtung des Pfeiles (A). Wird die Hülse (15) in Richtung des Pfeiles (A) bewegt, hält der Kragen (23) der Hülse (15) die Kugeln (12, 13) nicht mehr in den Ausnehmungen (19, 20). Dadurch, daß der Kragen (23) sich konisch verjüngend ausgebildet ist, wird die Bewegung der Hülse (15) in Richtung des Pfeiles (A) dadurch unterstützt, daß die Kugeln (12, 13) die Bestrebung haben, sich radial nach außen zu bewegen. Durch die konische Verjüngung des Kragens (23) der Hülse (15) wirkt eine zusätzliche Kraftkomponente auf die Hülse (15) in Richtung des Pfeiles (A).

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Erfindungsgemäß sind die Ausnehmungen (19, 20) in dem Zylinder (11) derart ausgebildet, daß die Kugeln (12, 13) mit weniger als der Hälfte der Kugeloberfläche in den Ausnehmungen (19, 20) angeordnet sind. Das bedeutet, daß die Kugelmittellinie der Kugeln (12, 13) außerhalb des Zylinders (11) angeordnet sind. Dieses unterstützt die resultierende radial nach außen gerichtete Kraft der Kugeln (12, 13) .

Sind die Kugeln (12, 13) nicht mehr in den Ausnehmungen (19, 20) des Zylinders (12) angeordnet, wirkt die Kraft der Federn (7a, 7b, 7c, 7d) auf die Platte (6), und der Stößel (5) wird mit der Platte (6) und dem Zylinder (11) schlagartig in Richtung des Pfeiles (A) bewegt.

Fig. 4 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung (1) am Ende des Schnellschlußvorganges. Der Stößel (5) ist maximal ausgefahren. Die Federn (7a, 7b, 7c, 7d) haben sich so weit wie möglich entspannt. Sie weisen dennoch eine Verspannkraft auf, die der zum Schluß geforderten Schließkraft des Ventils entspricht.

Die Kugeln (12, 13) sind nun außerhalb des Zylinders (11) angeordnet. Die Hülse (15) liegt nicht mehr an den Elektromagneten (17, 18) an.

Gemäß Fig. 5 wird die Vorrichtung (1) wieder in die Normalstellung gebracht. Hierzu wird über die Gewindespindel (4) und die Gewindemutter (10) die Kupplung (14) in Richtung des Pfeiles (A) in die Endstellung vorwärts bewegt. Hierbei wirken Stifte (25, 26) auf die Hülse (15), so daß diese gegen die Kraft der Feder (21) in Richtung der Haltemagnete (17, 18) bewegt wird. Die Stifte (25, 26)

weisen eine federnde Lagerung (27, 28) auf, da die Hülse (15) sich erst vollständig an die Haltemagnete (17, 18) anlegen kann, wenn die Kugeln (12, 13) in den Ausnehmungen (19, 20) liegen. Hierzu muß die Kupplung (14) so weit in Richtung des Pfeiles (A) bewegt werden, daß die Ausnehmungen (19, 20) mit den Kugeln (12, 13) zur Deckung kommen. Liegen die Kugeln (12, 13) in den Ausnehmungen (19, 20), kann die Hülse'(15) mittels der Stifte (25, 26) vollständig an die Haltemagnete (17, 18) angelegt werden. Die Haltemagnete (17, 18) werden mit Strom beaufschlagt und halten die Hülse (15) gegen die Kraft der Feder (21) in der Grundstellung. Dieses ist in Fig. 6 dargestellt.

Die geschilderten Bewegungen werden mit Hilfe von Positionssensoren erfaßt und mit Hilfe geeigneter Elektronik gesteuert und/oder geregelt. Dabei können auch unterschiedliche Abläufe realisiert werden. Sollen mit dem Gerät feste Positionen angefahren und längere Zeit gehalten werden, sorgt eine Haltebremse (29) (Fig. 1) am Motor (2) dafür. Die Haltebremse (29) garantiert auch dafür, daß dieser Zustand auch bei Stromausfall beibehalten wird.

Anstelle der Haltebremse (29) kann auch eine Brems Kupplung eingesetzt werden.

Beim Regelbetrieb bringt der frequenzgeregelte Motor (2) die benötigten Haltekräfte auf. Zur Abführung der Verlustwärme werden Dauerlüfter installiert, dessen zwangsgeführte Luft die Wärme abtransportiert (nicht dargestellt) .

Die Federn (7a, 7b, 7c, 7d) weisen eine Federkraft auf, die der zum Schluß geforderten Schließkraft des Ventils entspricht. Erfindungsgemäß sind hierfür wenigstens vier lange Federn gewählt, um eine flache Kennlinie und

damit einen geringen Kraftaufwand beim Hin- und Herbewegen zu erhalten, da diese Federn bei jedem Hub mitbewegt werden.

14

Bezugszahlen

1	7b,	7c,	7d	Stellvorrichtung
2	9			Drehstrommotor
3				Getriebe
4				Gewindespindel
5	13			Stößel
6				Platte
7a,				Federn
8,				Führungsstangen
10	18			Gewindemutter
11	20			Zylinder
12,				Kugeln
14				Kupplung
15	26			im Querschnitt L-förmig
	28			ausgebildete Hülse
17,				Elektromagnet (Haltemagnete)
19,	31			Ausnehmungen
21				Feder
23			Kragen
25,			Stifte
27,			Federn
29			Haltebremse
30,			Fuhrungs s tangen
A			Pfeil

190198 CK/nd

Claims

Patentanwälte

Dipl.-Math. Siegfried Knefel

Dipl.-Phys. Cordula Knefel

Wertherstr. 16, 35578 Wetzlar

Postfach 1924, 35529 Wetzlar

Telefon 06441/46330 - Telefax 06441/48256

SR G 1005

S & R Maschinenbau GmbH

Bleidenroeder Straße

35315 Homberg/Ohm (OT Büßfeld)

Vorrichtung zum Regeln und/oder Schließen sowie zum Schnellschließen einer Stellvorrichtung

Schutzansprüche

1. Vorrichtung zum Regeln und/oder Schließen sowie zum Schnellschließen einer Stellvorrichtung, wobei die Stellvorrichtung

- einen Ventilsteller,

- eine Steuerung für den Ventilsteller,

- einen Antrieb für den Ventilsteller zum Antrieb eines Stößels, der im Normalbetrieb ein Ventil öffnet oder schließt,

aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zum Schnellverschließen wenigstens eine Feder (7) zum schnellen Vorfahren des Stößels (5) vorgesehen ist, und daß eine Kupplung (14) vorgesehen ist zum Halten des Stößels (5) gegen die Federkraft im Normalbetrieb.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (14) wenigstens einen elektromagnetischen Haltemagneten (17, 18) aufweist, der mittelbar oder unmittelbar wenigstens ein Haltemittel (12, 13) in einer Position hält, derart, daß die Haltemittel (12, 13) den Stößel (5) oder mit dem Stößel (5) fest verbundene Teile (6, 11) gegen die Kraft der wenigstens einen Feder (7) halten.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Haltemagnet (17, 18) als Ringmagnet ausgebildet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltemittel (12, 13) als in Ausnehmungen (19, 20) der mit dem Stößel (5) fest verbundenen Teile (6, 11) greifende Kugeln (12, 13) ausgebildet sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem wenigstens einen Haltemagneten (17, 18) und dem wenigstens einen Haltemittel (12, 13) wenigstens ein weiteres vom Haltemagneten (17, 18) gegen eine Federkraft von Federn (21, 22) gehaltenes Teil (15, 16) vorgesehen ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Teil (15, 16) im Querschnitt L-förmig ausgebildet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Stößel (5) fest verbundenen Teile (6, 11) als wenigstens eine Platte (6) ausgebildet sind, wobei auf einer Seite der Platte (6) der Stößel (5) angeordnet ist, und auf einer anderen Seite der Platte (6) ein

Zylinder (11) angeordnet ist, der wenigstens eine Ausnehmung (19, 20) für das wenigstens eine Haltemittel (12, 13) aufweist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (6) wenigstens eine Öffnung aufweist, durch die jeweils wenigstens eine Führungsstange (8, 9) greift.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Feder (7) an der Platte (6) angreift.
10. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine L-förmig ausgebildete Teil (15, 16) mit einem Schenkel am Haltemagneten (17, 18) anliegt, und daß an dem anderen Schenkel (23, 24) des L-förmig ausgebildeten Teiles (15, 16) das wenigstens eine Haltemittel (12, 13) anliegt.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Schenkel (23, 24) des L-förmigen Teiles (15, 16), an dem das Haltemittel (12, 13) anliegt, ein abgeschrägtes und/oder wenigstens annähernd abgerundetes Ende aufweist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß für das wenigstens eine L-förmig ausgebildete Teil (15, 16) wenigstens ein Stift (25, 26) vorgesehen ist, wobei der wenigstens eine Stift (25, 26) als ein das wenigstens eine L-förmig ausgebildete Teil (15, 16) und damit das wenigstens eine Haltemittel (12, 13) im Anschluß an einen SchnellSchlußvorgang in die Ausgangslage zwingender Stift (25, 26) ausgebildet ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Feder (7) eine Federkraft auf weist, die der geforderten endgültigen Schließkraft des Ventils entspricht.
14. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Feder (7) eine flache Kennlinie aufweist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (1) als Ventilsteller für Gasturbinen, für Vorrichtungen der Verfahrenstechnik, insbesondere der chemischen Verfahrenstechnik, oder für Vorrichtungen mit Gasumwandlungen oder Dampfanwendungen ausgebildet sind.
16. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (1) in Maschinenscheibenbremsen angeordnet ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung für den Ventilsteller als elektrische Steuerung ausgebildet ist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb einen Motor (2) und ein Getriebe (3) aufweist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (2) als Drehstrommotor und/oder das Getriebe (3) als Planetengetriebe ausgebildet ist.
20. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stößel (5) über eine Spindel (4) vom Antrieb bewegt wird.