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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schutzeinrichtung des elektromotorischen Antriebes eines Absperrelementes mit einem Schalter im Stromkreis des Antriebsmotors und einem mechanischen Überlastungsgeber, der zum Zusammenwirken mit dem Antriebsschalter zwecks Abschaltung des Motors im Falle von mechanischen Überlastungen im Antrieb eingerichtet ist.
Bekannt ist ein elektromotorischer Antrieb zum Steuern der Rohrleitungsabsperrarmatur, der einen Elektromotor mit einem Schneckenuntersetzungsgetriebe enthält, in welchem die Schnecke des Untersetzungsgetriebes auf dessen schnellaufender Welle mit der Möglichkeit einer Axialverschiebung aufgesetzt ist. Ausserdem sind zu beiden Seiten der Schnecke je eine Druckfeder angeordnet, deren Spannkraft eine Axialverschiebung der Schnecke bei fehlender Überlastung des Antriebes verhindern. Als Überlastungssicherung dieses bekannten elektrischen Antriebes dienen Schalter, welche den elektrischen Antrieb in den Endstellungen des Absperrelementes der entsprechenden Rohrleitungsabsperrarmatur abschalten, sobald der Antrieb überlastet wird, und die Schnecke, die Spannkraft einer der Federn überwindend, diese zusammendrückt und sich in der entsprechenden Richtung verstellt.
Folglich dienen die zu beiden Seiten der Schnecke angeordneten Federn, deren Kompressionsgrad vom Überlastungsgrad des Antriebes abhängt, als Überlastungsgeber. Der Kompressionsgrad der Federn ist die Ausgangsgrösse dieser Geber, und ist diese vorgegeben, so lässt sich die Schutzeinrichtung zum Ansprechen bei einer bestimmten Kraft einstellen, bei welcher die Schnecke sich in der Axialrichtung verstellt und mit dem entsprechenden Schalter des Antriebes zusammenwirkt.
Die im oben beschriebenen bekannten elektrischen Antrieb verwirklichte Schutzeinrichtung des Absperrelementes, in welcher die Aufgabe der Überlastungsgeber Kraftelemente, u. zw. Druckfedern erfüllen, die die gesamte achsrechte Belastung von der Getriebeschnecke aufnehmen, reagiert nur auf die Grösse des durch den Antrieb erzeugten Drehmomentes, sie reagiert jedoch nicht auf die Anstiegsgeschwindigkeit des Drehmomentes dieses Antriebes.
Dabei lässt sich die erforderliche Abstimmungsgenauigkeit der Schutzeinrichtung sowie deren Empfindlichkeit gegen Überlastungen des Antriebes nicht gewährleisten.
Ausserdem sind die dynamischen Überlastungen der Mechanismen der Absperrelemente von geringer Nachgiebigkeit bei gleicher Abstimmung der Schutzeinrichtung bedeutend höher als die dynamischen Überlastungen der Mechanismen der Absperrelemente von hoher Nachgiebigkeit ; folglich kann die bekannte Schutzeinrichtung, da sie auf die Änderungsgeschwindigkeit des Drehmomentes nicht reagiert, die verschiedenen dynamischen Belastungen nicht unterscheiden und daher die bei hohen dynamischen Belastungen vorkommenden Störungen der Mechanismen der Absperrelemente nicht verhindern.
In der bekannten Schutzeinrichtung des beschriebenen elektrischen Antriebes können Brüche des angetriebenen Absperrelementes in den Fällen eintreten, wenn beim Anlassen des Elektromotors der letztere sich umgekehrt zur Wirkungsrichtung des Absperrelementes, gegen die von der Kommandoanlage vorgegebene Richtung zu drehen beginnt. Eine derartige Nichtübereinstimmung der Drehrichtung des Elektromotors mit der vorgegebenen kann oft bei Probeläufen der Antriebe der Absperrelemente nach ihrer Reparatur infolge einer Änderung der Phasenreihenfolge, der an den Elektromotor zugeführten Speisespannung entstehen.
Die genannte Schutzeinrichtung des bekannten elektrischen Antriebes bewirkt offensichtlich keine Abschaltung bei ihrem Anlassen auch in den Fällen, wenn zur Überwindung der Trägheitskräfte sowie der Haftreibungskräfte der Motor ein Drehmoment entwickelt, welches das Drehmoment übersteigt, auf das die Schutzeinrichtung abgestimmt war.
Bekannt ist auch ein elektromotorischer Antrieb, der einen Motor aufweist, bei dem die Welle des Läufers mit einem Gewinde ausgestattet ist, welches eine lineare Bewegung der Antriebswelle bei der Rotation der Läuferwelle gewährleistet. Als Antriebsmotor findet ein Motor mit einem gleitenden, selbstbremsenden Anker Verwendung, bei dem die Läuferwelle von beiden Seiten über das Maschinenbett vorragt.
Eines der Wellenenden ist mit einer Gewindehülse ausgerüstet, welche mit der nicht rotierenden Mutter zusammenwirkt, die zwischen zwei elastischen Elementen angeordnet ist und die im Falle einer Erhöhung der für den Läufer vorgesehenen Belastung sich verschieben und die lineare Bewegung der Läuferwelle gewährleisten, welche die Rolle der Antriebswelle spielt ; dabei ist die genannte Mutter mit einem Kontakt ausgerüstet, der sich zwischen zwei, die Arbeit des Motors regelnden, Stellungen bewegt. Als Elemente, zwischen denen die Mutter angeordnet ist, können Federn oder aber auch entsprechende pneumatische oder hydraulische Fixiereinrichtungen Verwendung finden. Spezielle Kontakte steuern die Verschiebungsbewegung und dienen für die Umschaltung der Drehrichtung des Motors, regeln die Umschaltezeit, oder können für die Regelung anderer Sollwerte verwendet werden.
Bei diesem bekannten Antrieb erfolgt die Verschiebung der sich nicht drehenden Mutter entlang der Gewindehülse bis zu ihrer Einwirkung auf die Steuerungskontakte des Motors oder seiner Abschaltung, auf Grund der Bildung einer Belastung entlang der Welle, die die Kraft der entgegenwirkenden Federn übersteigt, erfolgt.
Ziel der Erfindung ist nun eine Schutzeinrichtung der eingangs angeführten Art, die einen sicheren Schutz des Antriebes durch dessen Abschaltung bei seinen sämtlichen Überlastungen, einschliesslich der durch die Trägheitskräfte entstandenen Überlastungen, gewährleistet und sich durch ihre hohe Empfindlichkeit, ihre rasche Wirksamkeit und durch ihre einfache konstruktive Ausführung kennzeichnet ; die also eine gesteigerte
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Schutzsicherheit des Antriebes gegen Überlastungen dank einer solchen Vervollkommnung des Überlastungsgebers gewährleistet, bei der dieser nicht auf die Grösse des Drehmomentes, sondern auch auf eine Änderungsgeschwindigkeit dieses Drehmomentes reagiert.
Erreicht wird dies erfindungsgemäss dadurch, dass der mechanische Überlastungsgeber als mit einer zentralen Gewindebohrung versehenes Schwungrad ausgebildet und auf einer mit einem nicht selbsthemmenden Gewinde versehenen Welle des Antriebes, vorzugsweise einer schnellaufenden, vor einem Reduziergetriebe befindlichen Welle, drehbar sowie axial verschieblich angeordnet ist, wobei es bezüglich der axialen Verschiebung unter dem Einfluss von zwei gegeneinander gerichteter, zu beiden Seiten des Schwungrades angeordneter Spannfeder steht.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispieles der Schutzeinrichtung, die in der Zeichnung in Form eines Längsschnittes schematisch dargestellt ist, näher erläutert.
Der elektromotorische Antrieb des Absperrelementes enthält einen Elektromotor --1--, in der Zeichnung ist nur ein Teil des Motors, der unmittelbar an ein Reduziergetriebe --2-- angrenzt, zu sehen, das Reduziergetriebe --2-- ist mit einer Schnecke --3-- und einem Schneckenrad --4-- versehen.
Die schnellaufende Welle--5--des Reduziergetriebes--2--ist mit der Welle--6--des Motors - l-verbunden. Das Schneckenrad --4-- ist auf einer Welle--7--des Absperrelementes befestigt. Auf einem nichtselbsthemmenden Gewinde--8--der schnellaufenden Welle--5--des Reduziergetriebes sitzt ein Schwungrad--9--, das bezüglich der axialen Verschiebung unter dem Einfluss von zwei gegeneinandergerichteter, zu beiden Seiten des Schwungrades --9-- angeordneter Spannfedern --10, 11-- steht.
Der Antriebsschalter hat zwei Öffnungskontakte--12 und 13--, von denen jeder ein auf einer Achse --14-- angeordnetes, bewegliches Kontaktelement--15--, ein unbewegliches Kontaktelement--16--, eine Rückzugfeder --17-- des beweglichen Kontaktelementes sowie Isoliereinlagen--18--aufweist.
Jeder der beiden Öffnungskontakte--12, 13--ist in den Stromkreis der Spule des entsprechenden magnetischen Kontaktgebers des Motors eingeschaltet. Die elektrischen Kreise des Antriebes sind nach der üblichen allgemein bekannten Schaltung der Umkehrsteuerung eines Elektromotors montiert, z. B. ebenso wie das als Prototyp ausgeführt ist, und daher sind sie in der Zeichnung nicht angegeben. Ausserdem wurden aus der Zeichnung sämtliche allgemein bekannten elektrischen Elemente, die keine neue Information bieten, weggelassen, wodurch diejenigen Elemente klarer hervortreten konnten, welche für das Wesen der Erfindung bestimmend sind.
Sämtliche Elemente des erfindungsgemässen elektrischen Antriebes sind in einem Gehäuse--19-- untergebracht.
In erwähnten bekannten Antrieben spielen Kraftfedern die Rolle des Überlastungsgebers, welche die Axialkraft der schnellaufenden Welle des Reduziergetriebes sowie bei normalen Belastungen des Antriebes als auch bei dessen Überlastungen aufnehmen. Diese Federn müssen für hohe Druckkräfte berechnet sein, um eine Axialverschiebung der schnellaufenden Welle des Reduziergetriebes bei fehlender überlastung des Antriebes zu verhindern.
Selbstverständlich kann eine derartige Ausführung des Gebers keine hinreichende Empfindlichkeit und Genauigkeit der Abstimmung der Schutzeinrichtung gegen Überlastungen des Antriebes gewährleisten.
Überdies kann eine solche Schutzeinrichtung nur auf die Grösse des Drehmomentes des Antriebes reagieren, sie reagiert aber auf die Anstiegsgeschwindigkeit dieses Drehmomentes überhaupt nicht. Folglich reagiert sie praktisch nicht auf die dynamischen überlastungen, welche unter der Wirkung der Trägheitskräfte entstehen, die bei den Änderungen des Drehmomentes des Antriebes hervorgerufen werden, und der damit zusammenhängenden Geschwindigkeitsänderungen der Drehung des Antriebes.
Ausserdem ist bei bekannten Antrieben zwecks Sicherung der Arbeitsfähigkeit der Schutzeinrichtung die schnellaufende Welle des Reduziergetriebes, auf welche die Schnecke aufgesetzt ist, so angeordnet, dass deren wesentliche Axialverschiebungen nicht ausgeschlossen sind. Dieser Umstand muss sich zweifellos auf die Verringerung der Betriebssicherheit des Antriebes selbst und die Kürzung seiner Lebensdauer auswirken.
Dagegen ist in der erfindungsgemässen Schutzeinrichtung des Antriebes eines Absperrelementes der als Schwungrad ausgeführte Uberlastungsgeber nach seinem Wirkungsprinzip ein Trägheitsgeber. In der konkreten Ausführungsvariante der erfindungsgemässen Einrichtung ist das Schwungrad--9--auf dem
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--5-- des Reduziergetriebes --2--Rückführen des Schwungrades --9-- in seine Mittelstellung nach überwundener überlastung ausreicht. Erst wenn eine unzulässige Änderung des Drehmomentes des Antriebes eintritt, beginnt das Schwungrad--9--, dank der aufgespeicherten kinetischen Energie, sich nach links bzw. nach rechts, je nachdem, in welcher Richtung der Antrieb des Absperrelementes gearbeitet hat, zu verschieben.
Es ist leicht einzusehen, dass die erfindungsgemässe Schutzeinrichtung mit einem solchen Überlastungsgeber
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über eine hohe Empfindlichkeit sowohl in bezug auf die Grösse der Überlastung als auch auf die Anstiegsgeschwindigkeit der Überlastung verfügt und eine genaue Abstimmung der Schutzwirkung auf eine vorgegebene Überlastung ermöglicht.
Ausserdem ist in der erfindungsgemässen Konstruktion der Schutzeinrichtung die schnellaufende Welle --5-- des Reduziergetriebes --2-- mit der aufgesetzten Schnecke --3-- in Lagern --20-- genau fixiert, welche ihr die Drehbewegung gewährleisten und praktisch keine Axialverstellung zulassen. Dabei werden offenbar günstige Bedingungen für eine zuverlässigere Arbeit des Antriebes geschaffen, wodurch seine Lebensdauer verlängert wird.
Die erfindungsgemässe Schutzeinrichtung arbeitet in folgender Weise.
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zu drehen. Das auf dem nichtselbsthemmenden Gewinde --8-- der schnellaufenden Welle-5-des Reduziergetriebes --2-- angeordnete Schwungrad --9-- wird sich dank seiner Trägheit beim Anlauf des Motors, solange sich dessen normale Drehbewegung nicht eingestellt hat, bedeutend langsamer drehen als die schnellaufende Welle des Reduziergetriebes--2--.
Infolgedessen wird sich das Schwungrad --9-- am Gewinde --8-- entlang axial in der Richtung, entgegengesetzt demjenigen Kontakt des Antriebsschalters verstellen, welcher im Kreis des Magnetkontaktes liegt, der sich in der eingeschalteten Stellung nach dem letzten
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sich der Öffnungs kontakt --13-- des Antriebsschalters, während das Schwungrad--9--, die Spannkraft der Feder --10-- überwindend, sich nach links zum Öffnungs kontakt --12-- des Antriebsschalters verstellen wird.
Dieser Kontakt--12--liegt aber im Stromkreis eines andern Kontaktgebers, welcher gegebenenfalls abgeschaltet ist, und nicht im Stromkreis des eingeschalteten Kontaktgebers, der in diesem Moment die Speisung dem Motor --1-- zuführt. Und falls sogar der Kontakt--12--unter Einwirkung des Schwungrades--9sich öffnen sollte, würde das nicht zur Abschaltung des Motors--l--führen. Auf diese Weise wird eine Blockierung der erfindungsgemässen Schutzeinrichtung verwirklicht, die ein Abschalten des Antriebes des Absperrelementes bei seinem Anwerfen ausschliesst.
In den bekannten Schutzeinrichtungen ist eine derartige Blockierung gegen Fehlabschaltungen des Antriebes beim Anwerfen nicht vorhanden, was auch einen wesentlichen Mangel der bekannten Schutzeinrichtungen darstellt.
Wenn aber aus irgendeinem Grunde, z. B. bei falscher Phaseneinstellung des Motors, sein Drehsinn der Kommandogabe beim Einschalten des Antriebes nicht entspricht, dann wird sich das Schwungrad am nichtselbsthemmenden Gewinde in der Axialrichtung gegen denjenigen Schalterkontakt verstellen, welcher im Stromkreis des magnetischen Kontaktgebers liegt, der sich in der eingeschalteten Stellung nach dem letzten Kommando zur Betätigung des Antriebes befand. Im Ausführungsbeispiel, wenn beim Anwerfen des Antriebes die schnellaufende Welle --5-- des Reduziergetriebes --2-- sich im Uhrzeigersinn dreht-von der Seite des
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verhindert. Das muss auch als ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemässen Schutzeinrichtung betrachtet werden.
Bisher wurde die Arbeit der erfindungsgemässen Einrichtung zur Zeit des Anlaufes erläutert, d. h., wenn die Drehgeschwindigkeit der schnellaufenden Welle des Reduziergetriebes die Drehgeschwindigkeit des Schwungrades--9--übersteigt.
Nach der Anlaufsperiode des Antriebes, sobald sich die Drehgeschwindigkeiten der schnellaufenden Welle - -5--, des Reduziergetriebes --2-- und des Schwungrades --9-- ausgeglichen haben, kehrt das Schwungrad--9--unter der Wirkung einer der Federn--10 und 11--in seine Ausgangsstellung zurück.
Nun soll noch die Arbeit der erfindungsgemässen Einrichtung bei einer Überlastung des Antriebes betrachtet werden. In diesem Falle wird sich die Drehgeschwindigkeit des Motors--l--und der mit ihm zusammenhängenden schnellaufenden Welle --5-- des Reduziergetriebes --2-- verringern, während sich das Schwungrad --9-- unter der Wirkung der Trägheitskräfte mit der bisherigen Geschwindigkeit drehen wird.
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Stromkreis des zu dieser Zeit eingeschalteten magnetischen Kontaktgebers befindet, der die Speisung dem Motor --l-- des Antriebes zuführt.
Im Zusammenwirken mit dem genannten Kontakt des Schalters wird ihn das Schwungrad--9-öffnen, der Motor--l--wird abgeschaltet und der Antrieb bleibt stehen.
Angenommen, dass die schnellaufende Welle --5-- des Reduziergetriebes --2-- beim Einschalten des
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Antriebes sich, von der Seite des Motors--l--gesehen, im Uhrzeigersinn dreht. Bei eingetretener überlastung wird sich die Drehgeschwindigkeit des Motors--l--und der mit ihm verbundenen schnellaufenden Welle --5-- des Reduziergetriebes --2-- vermindern. Das Schwungrad--9--wird sich dabei unter der Trägheitswirkung mit der früheren Geschwindigkeit drehen, die die momentane Drehgeschwindigkeit der schnellaufenden Welle --5-- des Reduziergetriebes --2-- übersteigt.
Infolgedessen wird sich das Schwungrad--9--in der Axialrichtung gegen den Schalterkontakt--13-des Antriebes verstellen, über welchen die Speisung in die Spule des im gegebenen Moment eingeschalteten magnetischen Kontaktgebers, der den Motor--l--eingeschaltet hat, zugeführt wird.
Unter der Zusammenwirkung mit dem Kontakt--13--des Antriebsschalters schaltet das Schwungrad - den Antrieb ab, wodurch der Stromkreis der Spule des entsprechenden magnetischen Kontaktgebers geöffnet wird. Dieser magnetische Kontaktgeber wird abgeschaltet und damit schaltet er auch den Motor - ab. Der Antrieb bleibt dabei stehen.
Beim Anlassen des Motors-l--in der entgegengesetzten Richtung, wenn die schnellaufende Welle - des Reduziergetriebes 2 sich entgegen dem Uhrzeigersinn dreht (von der Seite des Motors --l-- gesehen), arbeitet die Schutzeinrichtung analog der oben dargelegten Weise.
Es ist hier zu bemerken, dass, je geringer die Nachgiebigkeit des angeführten Absperrelementes, d. h., je steifer es ist, um folglich, je schroffer sich dabei die Drehgeschwindigkeit des Motors--l-und der mit ihm verbundenen schnellaufenden Welle --5-- des Reduziergetriebes --2-- ändert, desto schneller schaltet die erfindungsgemässe Einrichtung den Motor--l--ab, und desto schneller wird der Antrieb zum Stillstand gebracht. Auf diese Weise bewirkt die erfindungsgemässe Einrichtung das Abschalten des Motors--l--mit der erforderlichen Voreilung und lässt somit keine dynamischen überlastungen eintreten, wobei die Voreilungszeit je nach der Anstiegsgeschwindigkeit der überlastungsgrösse des Antriebes des Absperrelementes automatisch eingestellt wird.