DE-102016113117-B4 - Elektrischer Stellantrieb und Stellgerät mit einem elektrischen Stellantrieb

Abstract

Elektrischer Stellantrieb (1) für ein Stellgerät mit Sicherheitsstellfunktion zum Stellen eines Stellglieds, wie eines Ventilglieds, einer prozesstechnische Anlage, umfassend einen Elektromotor (5) zum Bereitstellen eines Drehmoments zum Betätigen des Stellglieds, wobei der Elektromotor (5) eine Motorwelle (21) zum Abgeben des Drehmoments aufweist, eine Abtriebswelle (3) zum Übertragen des Drehmoments von dem Elektromotor an das Stellglied, und eine Kupplung (11), zum Bereitstellen und/oder Unterbrechen einer drehmomentübertragenden Verbindung zwischen der Motorwelle (21) und der Abtriebswelle (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle (3), die Motorwelle (21) und die Kupplung (11) koaxial zu einander angeordnet sind, und dass der elektrische Stellantrieb (1) ferner umfasst: ein koaxial zur Abtriebswelle (3) angeordnetes Planetengetriebe (7) zum Übertragen des Drehmoments von dem Elektromotor (5) an die Abtriebswelle (3), wobei die Motorwelle (21) das Drehmoment von dem Elektromotor (5) an das Getriebe bereitstellt, und dass sich die Motorwelle (21) in ihrer Axialrichtung (A) von dem Getriebe zum Elektromotor (5) durch die Kupplung (11) erstreckt sowie durch eine Fliehkraftbremse (13) und/oder durch ein Hohlrad (75).

Inventors

• Sebastian Krause

Assignees

• SAMSON AKTIENGESELLSCHAFT

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20160715

Claims (10)

1. Elektrischer Stellantrieb (1) für ein Stellgerät mit Sicherheitsstellfunktion zum Stellen eines Stellglieds, wie eines Ventilglieds, einer prozesstechnische Anlage, umfassend einen Elektromotor (5) zum Bereitstellen eines Drehmoments zum Betätigen des Stellglieds, wobei der Elektromotor (5) eine Motorwelle (21) zum Abgeben des Drehmoments aufweist, eine Abtriebswelle (3) zum Übertragen des Drehmoments von dem Elektromotor an das Stellglied, und eine Kupplung (11), zum Bereitstellen und/oder Unterbrechen einer drehmomentübertragenden Verbindung zwischen der Motorwelle (21) und der Abtriebswelle (3), dadurch gekennzeichnet , dass die Abtriebswelle (3), die Motorwelle (21) und die Kupplung (11) koaxial zu einander angeordnet sind, und dass der elektrische Stellantrieb (1) ferner umfasst: ein koaxial zur Abtriebswelle (3) angeordnetes Planetengetriebe (7) zum Übertragen des Drehmoments von dem Elektromotor (5) an die Abtriebswelle (3), wobei die Motorwelle (21) das Drehmoment von dem Elektromotor (5) an das Getriebe bereitstellt, und dass sich die Motorwelle (21) in ihrer Axialrichtung (A) von dem Getriebe zum Elektromotor (5) durch die Kupplung (11) erstreckt sowie durch eine Fliehkraftbremse (13) und/oder durch ein Hohlrad (75).
2. Elektrischer Stellantrieb (1) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet , dass das Getriebe genau eine Getriebestufe aufweist, die als Untersetzungsgetriebestufe ausgestaltet ist.
3. Elektrischer Stellantrieb (1) nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet , dass das Planetengetriebe (7) untersetzend ausgestaltet ist, wobei die Abtriebswelle (3) zumindest abschnittsweise als Planetensteg (73) des Getriebes realisiert ist oder ein Planetensteg (73) unmittelbar drehmomentübertragend mit der Abtriebswelle (3) verbunden ist und/oder wobei die Motorwelle (21) drehfest mit dem Sonnenrad (71) des Getriebes verbunden ist.
4. Elektrischer Stellantrieb (1) nach einem der Ansprüche 1 , 2 oder 3 , dadurch gekennzeichnet , dass eine Getriebekomponente des Planetengetriebes (7) drehfest gegenüber einem drehbeweglichen Teil (12) der Kupplung (11) ist.
5. Elektrischer Stellantrieb (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass der Elektromotor (5) mit einer Nenndrehzahl von zumindest 200 U/min, zumindest 500 U/min, zumindest 1000 U/Min, zumindest 3000 U/min oder zumindest 6000 U/min ausgelegt ist und/oder dass die Drehrichtung des Elektromotors (5) umkehrbar ist.
6. Elektrischer Stellantrieb (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass mit dem Getriebe und/oder der Kupplung (11) eine koaxial zur Abtriebswelle (3) angeordnete Fliehkraftbremse (13) drehfest verbunden ist, wobei die Fliehkraftbremse (13) mit einer Getriebekomponente des Getriebes drehfest verbunden ist.
7. Elektrischer Stellantrieb (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die Motorwelle (21) axialabschnittsweise in Radialrichtung von einer Hohlwelle (27) umgeben ist, die relativ zu der Motorwelle (21) drehbeweglich und/oder an der Motorwelle (21) gelagert ist, mit einer Gleitlagerung, wobei die Hohlwelle (27) drehfest verbunden ist mit einer Getriebekomponente, , einer Fliehkraftbremse (13) und/oder dem drehbeweglichen Teil (12) der Kupplung (11).
8. Elektrischer Stellantrieb (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass sich die Motorwelle (21) durch einen Stator und/oder einen Rotor des Elektromotors (5) erstreckt, wobei die Motorwelle (21) in Axialrichtung beidseitig des Elektromotors (5) drehbar gelagert ist mit je einem Wälzlager .
9. Stellgerät (101, 102) mit Sicherheitsstellfunktion, umfassend ein Stellglied, wie ein Ventilglied (113), zum Einstellen einer Prozessfluidströmung einer prozesstechnischen Anlage, und einen elektrischen Stellantrieb (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend einen durch die Abtriebswelle (3) betätigbaren Exzenter (103) oder Spindeltrieb zum linearbetätigen des Stellglieds.
10. Stellgerät (101, 102) nach Anspruch 9 , dadurch gekennzeichnet , dass das Stellgerät (101, 102) einen Federspeicher (105) umfasst, nämlich einen Rotationsfederspeicher, zum Verbringen des Stellglieds in eine Sicherheitsstellung, bei Stromlosschaltung der Kupplung (11) und/oder des Elektromotors (5), wobei der Federspeicher (105) koaxial zur Abtriebswelle (3) angeordnet und/oder abtriebsseitig relativ zu dem Getriebe angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Stellantrieb für ein Stellgerät mit Sicherheitsstellfunktion zum Stellen eines Stellglieds, wie eines Ventilglieds, einer prozesstechnischen Anlage, wie einer chemischen Anlage, beispielsweise einer petrochemischen Anlage, einem Kraftwerk, einer lebensmittelverarbeitenden Anlage, einer Heizanlage, beispielsweise einer Heizanlage für ein Gebäude, einen Gebäudeteil, wie ein Apartment, oder einen Raum eines Gebäudes, oder dergleichen. Die Erfindung betrifft auch ein Stellgerät mit Sicherheitsstellfunktion das ein Stellglied, wie einem Ventilglied, einer prozesstechnischen Anlage und einen erfindungsgemäßen elektrischen Stellantrieb umfasst. Ein Stellgerät mit elektrischem Stellantrieb ist beispielsweise von DE 195 19 638 A1 bekannt. Das bekannte Stellgerät umfasst einen Ventilstellantrieb mit einer Sicherheitsstellfunktion zur Betätigung eines Ventils. Bei dem bekannten Stellgerät ist ein in Drehrichtung umkehrbarer Antriebsmotor vorgesehen, dessen Antriebskraft über ein Getriebe auf einen Stößel zur Ventilbetätigung wirken kann. Das Stellgerät umfasst ferner eine elektromagnetische Bremse bzw. Kupplung und einen auf den Stößel wirkenden Federspeicher, der im normalen Betrieb des Stellgeräts durch die Wirkung der elektromagnetischen Bremse bzw. Kupplung mit dem Antriebsmotor gekoppelt ist. Bei Ausfall der Stromversorgung wird das Ventil bei dem bekannten Stellgerät aus Sicherheitsgründen in eine definierte, in der Regel geschlossene, Ventilstellung gebracht, indem die elektrische Kupplung zwischen dem Elektromotor und dem Stößel gelöst wird, sodass der Federspeicher auf den Stößel einwirkt, um das Ventil in seine definierte (Schließ) Stellung zu bringen. Bei dem bekannten Stellgerät und anderen gattungsgemäßen Stellgeräten mit Sicherheitsfunktion ist der antreibende Elektromotor zwingend so auszulegen, dass er einen ausreichenden Mindestdrehmoment bereitstellt, um das Stellglied, trotz der fortwährenden Einwirkung des Federspeichers, der das Stellventil in Richtung Schließstellung drängt, in eine Soll-Stellung zu bewegen. Das bekannte Stellgerät hat sich in der praktischen Anwendung bewährt und erfreut sich großer Beliebtheit. Allerdings besteht der Wunsch danach, die Funktionalität des bekannten Stellgeräts auf einem geringeren Bauraum bereitzustellen, wobei die Anschaffungs- und Unterhaltskosten des Stellgeräts möglichst gering sein sollen. Die DE 37 08 470 C1 offenbart einen Stellantrieb für ein Ventil mit einem elektrischen Stellmotor, der über ein Spindelgetriebe und ein koaxial dazu angeordnetes erstes Getriebe mit einem Ventilschieber verbunden ist. Zwischen dem Spindelgetriebe und dem Stellmotor ist ein Federtrieb angeordnet, dessen Kapazität für einen vollen Spindelhub ausgelegt ist. Parallel zum Federtrieb ist eine steuerbare Kupplung vorgesehen, welche den Federtrieb in der einen Wirkstellung sperrt und in der anderen Wirkstellung freigibt, sodass bei Stromausfall das Ventil automatisch geschlossen wird. Die DE 195 19 638 A1 offenbart einen Ventilstellantrieb mit Sicherheitsstellfunktion zur Betätigung eines Ventils, bestehend aus einem in der Drehrichtung umkehrbaren Antriebsmotor, dessen Antriebskraft über ein Getriebe auf einen Stößel zur Ventilbetätigung wirkt, einer elektromagnetischen Bremse und einem Federspeicher, der im normalen Betrieb durch die Wirkung der elektromagnetischen Bremse mit dem Antriebsmotor gekoppelt ist. Der Federspeicher ist als Rotationsfederspeicher ausgebildet, dessen Ausgangswelle mit einem Exzenterkörper verbunden ist, der auf den Stößel einwirkt, wobei der Hebelarm des Exzenterkörpers seine Länge im Schließbereich des Ventils stetig verändert und bei geschlossenem Ventil die geringste Länge aufweist. Die EP 0 851 163 A2 zeigt einen elektrischen Stellantrieb für ein Ventil mit einer axial verschieblich gelagerten Stellspindel, die mit einem Gewindespindelantrieb verbunden ist. Der Gewindespindelantrieb wird mit zwei koaxial gelagerten Zahnradgetrieben von einem elektrischen Stellmotor angetrieben, wobei die beiden Zahnradgetriebe hintereinandergekoppelte gleiche Planetengetriebe sind und unmittelbar von dem koaxial angeordneten Stellmotor angetrieben werden. An der Stellmotorwelle ist ein Magnet-Drehwinkelgeber als inkrementaler Stellungssignalgeber angeordnet, dessen Stellungssignale einem Mikroprozessor zugeführt werden, der den Stellmotor entsprechend ansteuert. Die EP 2 784 361 A1 offenbart einen elektrisch betätigbaren Stellantrieb für ein Drehschieberventil mit einer Betriebswelle zum Betätigen des Ventils und einem Elektromotor mit Antriebswelle zum Drehen der Betriebswelle von einer ersten in eine zweite Drehstellung. Der Stellantrieb umfasst ferner ein Federelement zum Vorspannen der Betriebswelle zurück in die erste Drehstellung sowie eine Klemmanordnung mit einem elektrisch betätigbaren Solenoid und einer Druckstange, welche einen Spannriemen um einen Mitnehmerkörper spannt, um die Betriebswelle in der zweiten Drehs