DE4447395A1

DE4447395A1 - Stellantrieb

Info

Publication number: DE4447395A1
Application number: DE19944447395
Authority: DE
Inventors: Karl Herres
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: ABB Patent GmbH
Priority date: 1994-12-23
Filing date: 1994-12-23
Publication date: 1996-06-27

Description

Die Erfindung betrifft einen Stellantrieb für die Verstellung von Ventilen, Absperrschiebern und dergleichen. Bei derartigen Stellantrieben besteht der physikalische Effekt, daß beim Anfahren des Ventilsitzes mit Stellgeschwindigkeit aufgrund der trägen Massen eine Kraftüberhöhung auftritt, die einerseits das Ventil überlastet und andererseits nur mit erhöhtem Kraftaufwand wieder geöffnet werden kann, da neben der Verstellkraft zunächst die durch die Anpreßkraft des Verschlusses im Ventilsitz hervorgerufene Haftreibung zu überwinden und der Ventilteller gegen das anströmende Medium zu bewegen ist.

Aus der DE 11 99 088 ist ein Stellantreib bekannt, der einen Antriebs- und einen Bremsmotor aufweist, wobei der Antriebsmotor über ein erstes Stirnradgetriebe auf eine die Spindel umfassende Spindelmutter wirkt und der Bremsmotor über ein zweites Stirnradgetriebe wirkt und der Bremsmotor über ein zweites Stirnradgetriebe und eine Paßkeilverbindung mit der Spindel verbunden ist. Das erste und das zweite Stirnradgetriebe weisen geringfügig differierende Untersetzungsverhältnisse auf.

Beim Schließen des Ventils wird die Spindel zunächst im Eilgang mit dem Antriebsmotor verfahren. Der Bremsmotor ist in Ruhe. Bei Erreichen eines Schalters wird der Bremsmotor angefahren, wodurch die Spindel mit verringerter Geschwindigkeit bis zum Anschlag verfahren wird. Dabei wird die relative Winkelgeschwindigkeit zwischen Spindel und Spindelmutter durch die Überlagerung einer radialen Spindelbewegung im Verhältnis der Differenz der Untersetzungsverhältnisse des ersten und zweiten Stirnradgetriebes reduziert.

Beim Öffnen des Ventils sind in umgekehrter Reihenfolge zunächst beide Motoren in Betrieb und nach Erreichen eines vorgegebenen Hubes wird der Bremsmotor abgeschaltet, so daß der Ventilteller zunächst mit geringer Geschwindigkeit vom Ventilsitz abgehoben wird, um das Ventil anschließend im Eilgang vollständig zu öffnen.

Nachteilig an diesem Stellantrieb ist, daß mit derselben Kraft, mit der das Ventil geschlossen wurde, auch geöffnet wird. Insbesondere bei Ventilsitzen mit hohen Haftreibungsbeiwerten besteht die Gefahr, daß das Ventil verspätet oder gar nicht geöffnet werden kann. Für Ventile, deren Öffnungszeiten unter allen Betriebsbedingungen zwingend vorgegeben sind, insbesondere im sicherheitsrelevanten Kraftwerksbereich, ist dieser Nachteil nicht tolerierbar.

Zur Umsetzung der translatorisch-rotatorischen Bewegung der Spindel in eine rein translatorische Bewegung der Schubstange, ist zwischen Spindel und Schubstange überdies ein Drehgelenk erforderlich, das mit druckfesten Lagern auszustatten ist. Darüber hinaus sind weitere Lager zur axialen Führung der Spindel und der Schubstange erforderlich.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Stellantrieb mit einteiliger Spindel/Schubstange anzugeben, der bei hoher Verfahrgeschwindigkeit sowohl die Erreichung einer Endlage mit geringer Geschwindigkeit als auch das Auffahren aus einer Endlage mit hoher Geschwindigkeit gestattet.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Mitteln des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind im Anspruch 2 beschrieben.

Die Erfindung wird nachstehend am Beispiel eines Ventilantriebes näher erläutert. Die dazu erforderlichen Zeichnungen zeigen

Fig. 1 eine Schnittdarstellung eines Stellantriebes,

Fig. 2 eine Schnittdarstellung einer Ventilanordnung,

Fig. 3 qualitative grafische Darstellungen als

a) Weg-Zeit-Diagramm
b) Geschwindigkeits-Weg-Diagramm
c) Kraft-Weg-Diagramm.

Der Stellantrieb 1 weist in bekannter Weise eine Spindelmutter 5 auf, die eine Spindel 6 umschließt und zur Umsetzung einer rotatorischen in eine translatorische Bewegung dient. Der Stellantrieb 1 ist darüber hinaus mit einem Differentialgetriebe 4 einem Motor 2 und einem Bremsmotor 2 ausgestattet. Das Differentialgetriebe 4 weist einen ersten und einen zweiten Antrieb und einen Abtrieb auf. Der erste Antrieb des Differentialgetriebes 4 ist mit dem Antriebsmotor 2 verbunden und der zweite Antrieb des Differentialgetriebes 4 ist mit dem Bremsmotor 3 verbunden. Der Abtrieb des Differentialgetriebes 4 steht mit der Spindelmutter 5 in Wirkverbindung.

Bei Verwendung des Stellantriebes 1 als Antriebsorgan für eine Ventilanordnung ist, wie in Fig. 2 dargestellt, die Spindel 6 des Stellantriebes 1 integraler Bestandteil der Schubstange des Ventils 9.

Ausgehend von einer Endlage der Spindel 6 entsprechend einem geöffneten Ventil wird beim Schließen des Ventils zum Zeitpunkt T0 in Fig. 3a der Antriebsmotor 2 in Betrieb genommen und die Spindel 6 mit dem Ventilteller 9 in Richtung des Ventilsitzes 8 verfahren. Dabei wird ein Geber 61 der der Spindel bzw. Schubstange 6 zugeordnet ist, an Wegsensoren 51 und 52 vorbeigeführt. Zum Zeitpunkt T1 wird der Wegsensor 51 betätigt, wonach der Motor 2 abgeschaltet und der Bremsmotor 3 eingeschaltet wird. Im Intervall T1 bis T2 wird das Ventil mit geringer Geschwindigkeit V2 und einer maximal vorgegebenen und definierten Schließkraft FS geschlossen.

Bei der Öffnung des Ventils zum Zeitpunkt T3 wird der Antriebsmotor 2 in Betrieb gesetzt und der Ventilteller 9 vom Ventilsitz 8 im Eilgang mit hoher Geschwindigkeit V1 und mit einer definierten Öffnungskraft FÖ die größer ist als die Schließkraft FS abgehoben. Bei Betätigung des Wegsensors S2 wird der Antriebsmotor 2 abgebremst und das Ventil 9 wie geöffnet Endlage verfahren.

Die Lage des Wegsensors S1 ist so eingestellt, daß bei dessen Betätigung die wirksame freie Querschnittsfläche des sich schließenden Ventils gegenüber der offenen Querschnittsfläche vernachlässigbar ist.

In besonderer Ausgestaltung der Erfindung ist die Eilganggeschwindigkeit V1 etwa 100 mal größer als die Geschwindigkeit V2. Dabei reduzieren sich die dynamischen Massenkräfte, die auf den Ventilsitz 8 wirken auf (V1/V2)². Diese Geschwindigkeit wird erreicht durch eine geringfügig abweichende Zahnzahl der beiden Sonnenräder 41 und 42 des Differentialgetriebes 4 sowie der zugehörigen Planetenräder 43 und 44.

In vorteilhafter Weise ist durch die Erfindung sichergestellt, daß unter allen Bedingungen das Ventil 9 sicher und mit hoher Geschwindigkeit öffenbar ist. Dazu zählen insbesondere Drucküberhöhungen im strömenden Medium sowie temperaturabhängige Reibwertänderungen.

Bezugszeichenliste

1 Stellantrieb
2 Antriebsmotor
3 Bremsmotor
4 Differentialgetriebe
5 Spindelmutter
6 Spindel, Schubstange
7 Ventilkörper
41, 42 Sonnenräder
43, 44 Planetenräder
61 Geber
51, 52 Wegsensoren
8 Ventilsitz
9 Ventilteller

Claims

1. Stellantrieb mit zwei Bremsmotoren, die mit einer Spindel in Wirkverbindung stehen, zum Verfahren der Spindel zwischen zwei Endlagen, dadurch gekennzeichnet,

- daß ein Differentialgetriebe (4) vorgesehen ist, das einen ersten und einen zweiten Antrieb und einen Abtrieb aufweist,
- daß der erste Antrieb mit dem Antriebsmotor (2) und der zweite Antrieb mit dem Bremsmotor (3) und der Abtrieb mit der Spindelmutter (3) in Wirkverbindung steht,
- daß ausgehend von einer Endlage in einer ersten Bewegungsrichtung der Spindel (6) bis zu einer vorgegebenen Spindelstellung (51) der Antriebsmotor (2) zwischen der vorgegebenen Spindelstellung (51) und der zweiten zur ersten entgegengesetzten Endlage der Spindel (6) der Bremsmotor (3) zur Spindelbewegung vorgesehen ist, und
- daß in zweiter, zur ersten entgegengesetzten Bewegungsrichtung der Spindel (6) ausschließlich der Antriebsmotor (2) zur Spindelbewegung vorgesehen ist.

2. Stellantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindelgeschwindigkeit bei Antrieb durch den Antriebsmotor (2) größer ist als bei Antrieb durch den Bremsmotor (3).