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Patent Searching and Data


Title:
VALVE ACTUATING DRIVE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2017/153001
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a valve drive (10) having damping circuitry comprising a capacitive damping circuit (37), which is activated in the event of generator operation of the stepper motor (18). The damping circuitry, together with the motor winding (26), forms a resonance assembly LCR, which has the effect of stabilizing and controlling rotational speed. The rotational speed of the stepper motor (18), running in generator operation, is constantly held within limits, without the control intervention of control circuitry. Therefore, the damping circuity can operate even in the currentless state of the control system and is reliable regardless of external current supply. Fast closing is achieved, and excessively long post-running of the motor (18) is reliably prevented.

Inventors:
OBERMÖLLER, Nils (Burgstraße 10, Schorndorf, 73614, DE)
MARX, Dominic (Auf der Weid 8, Plüderhausen, 73655, DE)
BÖS, Benjamin (Remsstraße 23/1, Schorndorf, 73614, DE)
Application Number:
EP2016/055364
Publication Date:
September 14, 2017
Filing Date:
March 11, 2016
Export Citation:
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Assignee:
KARL DUNGS GMBH & CO. KG (Karl-Dungs-Platz 1, Urbach, 73660, DE)
International Classes:
H02P8/24; F16K31/04; F16K31/06; H02J7/34
Foreign References:
DE102011103135A12012-11-29
US6100655A2000-08-08
US6040676A2000-03-21
EP2573640A12013-03-27
DE10248616A12004-05-13
EP2228573B12013-11-27
DE3531262A11987-03-12
Attorney, Agent or Firm:
RÜGER, BARTHELT & ABEL (Webergasse 3, Esslingen, 73728, DE)
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Claims:
Patentansprüche :

1. Ventilantrieb (10), insbesondere für Ventile (11) oder Klappen mit Selbstschlussfunktion, wobei der Ventilantrieb aufweist: einen permanent erregten Schrittmotor (18), der wenigstens zwei Wicklungen (25, 26) aufweist, die eine Indukti¬ vität (L) und einen ohmschen Widerstand (R) haben, ein Getriebe (19), über das der Schrittmotor (18) antriebsmäßig mit einem Ventilverschlussglied (16) verbind¬ bar ist, um dieses in einer Öffnungsrichtung von einem Ventilsitz (15) weg und in Schließrichtung auf einen Ventilsitz (15) hin zu bewegen, ein Federmittel (17), das mit dem Ventilverschlussglied (16) verbunden ist, um dieses in Schließrichtung vorzuspannen, eine Speiseschaltung (28), die mit einer der Wicklungen (25, 26) verbunden ist, um diese zum Antrieb des Schritt¬ motors (18) zu bestromen, mindestens eine Dämpfungsschaltung (37) mit kapazitivem Dämpfungsstromkreis (38) und mindestens eine Umschalteinrichtung (31), die mit einer der Wicklungen (25, 26) verbunden ist und über die die Wicklung (26) wahlweise mit der Speiseschaltung (28) oder der Dämpfungsschaltung (37) verbindbar ist.

2. Ventilantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Dämpfungsschaltung (37a) mit kapaziti- vem Dämpfungsstromkreis und eine weitere Umschalteinrich¬ tung vorgesehen sind, wobei die weitere Umschalteinrichtung mit der anderen der Wicklungen (25, 26) verbunden ist, um die andere Wicklung (25) wahlweise mit der Spei¬ seschaltung (28a) oder der Dämpfungsschaltung (37a) zu verbinden .

3. Ventilantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschalteinrichtung (31) und die weitere Um¬ schalteinrichtung synchron schaltend gesteuert sind.

4. Ventilantrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass die Umschalteinrichtung (31) ein Umschaltrelais mit mechanischem Kontakt ist.

5. Ventilantrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass jeder kapazitive Dämpfungs¬ stromkreis (37) einen Kondensator (C) enthält, der mit der Wicklung (26) einen Resonanzkreis (LCR) bildet.

6. Ventilantrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Resonanzkreis (LCR) einen Gütefaktor (Q) auf¬ weist, der größer als Fünf, vorzugsweise größer als Zehn und weiter vorzugsweise größer als Zwanzig ist.

7. Ventilantrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass das Federmittel (17) eine Federkennlinie aufweist, der entsprechend die von dem Fe¬ dermittel (17) aufgebrachte Kraft (F) an jeder Stelle des Wegs (x) des Ventilverschlussglieds (16) größer ist, als die Summe aus hemmend wirkenden Kräften des Ventilantriebs (10) .

8. Ventilantrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass das Federmittel (17) eine Federkennlinie aufweist, der entsprechend die von dem Fe¬ dermittel (17) aufgebrachte Kraft (F) an jeder Stelle des Wegs des Ventilverschlussglieds (16) kleiner ist, als die von der Dämpfungsschaltung (37) maximal aufbringbare Verzögerungswirkung M am Resonanzpunkt.

9. Ventilantrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass das Federmittel (17) eine Kraft-Weg-Kennlinie mit positivem Anstieg aufweist.

10. Ventilantrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsschaltung (37) eine progressiv ansteigende Verzögerungsmoment-Drehzahl- Kennlinie aufweist.

11. Ventilantrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungseinrichtung (37) und das Federmittel (17) derart bemessen und aufei¬ nander abgestimmt sind, dass die Motordrehzahl (ω) beim Schließen das Fünf- bis Fünfzehnfache, vorzugsweise das Zehnfache der Drehzahl beim Öffnen des Ventils (11) ist.

12. Ventilantrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (19) eine Ge¬ triebelose aufweist, wodurch ein Nachlauf ermöglicht wird, während dem die nach dem Ablegen des Ventilschluss- glieds im Antrieb verbleibende kinetische Energie abge¬ baut werden kann.

13. Ventilantrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe zum Bewegen des Ventilverschlussglieds (16) in Öffnungsrichtung ein bie¬ geschlaffes Zugmittel aufweist.

14. Verfahren zum Betrieb eines Ventilantriebs nach Anspruch 1, bei dem: der Schrittmotor (18) zum Öffnen des Ventils (11) über die Umschalteinrichtung (31) mit Strom beaufschlagt wird, der Schrittmotor (31) zum Halten des Ventils (11) über die Umschalteinrichtung (31) mit Haltestrom beaufschlagt wird, der Schrittmotor (18) zum Schließen des Ventils (11) über die Umschalteinrichtung (31) mit Strom beaufschlagt wird und der Schrittmotor (18) beim Schnellschluss des Ventils (11) über die Umschalteinrichtung (31) mit der Dämpfungsschaltung (37) verbunden und im Generatorbetrieb betrie¬ ben wird und die Umschalteinrichtung (31) vorzugsweise so gesteuert wird, dass die Wicklung (26) im Umschaltmoment stromlos ist .

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Schrittmotor (18) beim Schnellschluss an der Dämpfungsschaltung (37) mit einer solchen Drehzahl betrieben wird, dass die im Generatorbetrieb erzeugte Spannung eine Frequenz (ω) aufweist, die geringer ist, als die Reso¬ nanzfrequenz einer aus der Wicklung (26) und der Dämpfungsschaltung (37) bestehenden Resonanzanordnung (LCR).

Description:
Ventilstellantrieb

[0001] Die Erfindung betrifft einen Ventilstellantrieb für Ven ¬ tile, Hähne, Schieber oder Klappen mit Selbstschlussfunktion.

[0002] Zur Betätigung von Fluidventilen, Schiebern, Klappen und dergleichen sind z.B. aus der DE 102 48 616 AI Elektroantriebe bekannt, bei denen die Stellbewegung des Ventilverschluss ¬ glieds durch einen Elektromotor erzeugt wird. Dort ist eine Schließfeder vorgesehen, die das Ventil bei Stromausfall schließt. Die Schließkraft der Schließfeder ist so bemessen, dass sie die durch Reibung und sonstige Einflüsse in Motor und Getriebe erzeugten Verzögerungsmomente überwindet und das Ven ¬ tilverschlussglied bei stromlosem Motor in Schließstellung überführt. Bei Gasanwendungen soll dieser Vorgang üblicherweise in einer begrenzten Zeit, zum Beispiel etwa 1 Sekunde abgeschlossen sein. Andererseits müssen Überlastungen des Ventilsitzes und des Ventilverschlussglieds bei dem Schließvor ¬ gang sicher ausgeschlossen werden können, weil diese Überlastungen zur Beschädigung des Ventils und damit zur Funktionsunfähigkeit führen können. Deswegen muss die kinetische Energie, die beim Auftreffen des Ventilverschlussglieds auf den Ventil ¬ sitz einwirkt, beschränkt werden.

[0003] Dazu ist aus der EP 2 228 573 Bl ein elektromotorischer Ventilantrieb bekannt, bei dem das Getriebe eine Kette ent ¬ hält, über die das Ventilverschlussglied gegen die Kraft einer Schließfeder in Offenstellung gezogen wird. Die Kette vermittelt Zugkräfte, nicht aber Schubkräfte auf das Ventilver ¬ schlussglied und trennt somit beim dynamischen Schließvorgang die auslaufende Motor-Getriebe-Einheit von dem auf dem Ventil ¬ sitz auftreffenden Verschlussglied. Die Funktionsfähigkeit dieses Prinzips ist jedenfalls dann gegeben, wenn der Motor des Antriebs nicht allzu lange nachläuft. Dies bedeutet, dass die Kraft der Schließfeder und die Länge der Kette aufeinander abgestimmt sein müssen. Sollen gleiche Ventilantriebe an ver ¬ schiedenen Ventilen mit unterschiedlichen Schließkräften Anwendung finden, stößt dieses Prinzip an Grenzen. Ein zu weiter Nachlauf ergibt stets ein Spiel, welches zur nächsten Bereit ¬ schaft zum Öffnen kompensiert werden muss. Sofern Anforderungen an die Bereitschaftszeit bestehen, ist die alleinige Ver ¬ wendung eines Überlaufs daher nicht zweckmäßig.

[0004] Weiter ist zum Bremsen von permanent erregten bürstenlosen Gelichstrommotoren aus der DE 35 31 262 AI eine einfache Kurzschlussschaltung bekannt. Der bürstenlose Gleichstrommotor ist über ein Umschaltrelais entweder mit einer Gleichspannungsquelle oder mit einem Kurzschlusszweig verbunden. Wird die Dämpfungsschaltung aktiviert, wird der im Generatorbetreib nachlaufende bürstenlose Gleichstrommotor kurzgeschlossen, so dass seine kinetische Energie in dem technisch zwangsläufig vorhandenen ohmschen Widerstand des Motors und des Kurz ¬ schlusskreises in Wärme umgesetzt wird. Der Motor stoppt ab ¬ rupt .

[0005] Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Ventilantrieb zu schaffen, der an Ventilen oder Klappen verschiedener Größe einsetzbar ist und sicheren Selbstschluss gestattet.

[0006] Diese Aufgabe wird mit dem Ventilantrieb nach Anspruch 1 gelöst :

[0007] Der erfindungsgemäße Ventilantrieb umfasst einen perma ¬ nenterregten Schrittmotor mit typischerweise zwei oder mehreren Wicklungen, die jeweils eine bestimmte Induktivität und einen bestimmten ohmschen Widerstand aufweisen. Zu dem Ventilantrieb gehört weiter ein Getriebe, über das der Schrittmotor antriebsmäßig mit dem Ventilverschlussglied verbindbar ist, um dieses in einer Öffnungsrichtung von einem Ventilsitz weg und in Schließrichtung auf den Ventilsitz hin zu bewegen. Zur Realisierung einer automatischen Selbstschlussfunktion ist ein Federmittel vorgesehen. Dieses ist mit dem Getriebe direkt o- der indirekt verbunden, um das angeschlossene Ventilver ¬ schlussglied in Schließrichtung vorzuspannen und bei Stromausfall in Schließrichtung zu bewegen.

[0008] Die Wicklung des Motors ist mit einer Speiseschaltung verbunden, die den Motor unter Überwindung der Kraft der

Schließfeder in Öffnungsrichtung kontrolliert bewegen und in vorgegebenen Positionen halten kann. Außerdem ist eine Dämpfungsschaltung vorgesehen, die einen kapazitiven Dämpfungsstromkreis aufweist. Dieser ist dazu eingerichtet, den im Ge ¬ neratorbetreib (bei der Schließbewegung) laufenden Motor geschwindigkeitsabhängig zu verzögern. Um zwischen Antrieb und Dämpfen umschalten zu können, ist eine Umschalteinrichtung vorgesehen. Diese verbindet entweder die Speiseschaltung oder die Dämpfungsschaltung mit der Wicklung. Die Umschaltung erfolgt vorzugsweise in einem Moment, in der sie nicht stromfüh ¬ rend ist. Die Umschaltung im stromlosen Zustand kann von der Steuereinrichtung bewirkt werden, die den Motorstrom kontrolliert bzw. reguliert.

[0009] Der kapazitive Dämpfungsstromkreis bildet mit der Induk ¬ tivität der Wicklung des Schrittmotors während des Dämpfungs ¬ betriebs eine Resonanzanordnung, die durch den sich drehenden im Generatorbetrieb laufenden Rotor erregt wird. Der dadurch hervorgerufene Strom wirkt auf die Drehung des Rotors dämp ¬ fend. Die Dämpfungswirkung ist in nichtlinearer Weise von der Rotordrehzahl abhängig und nimmt bei steigender Drehzahl überproportional zu. Damit stellt die Dämpfungsschaltung eigen ¬ ständig ohne externen Regeleingriff sicher, dass die Motordrehzahl während des Schließvorgangs nur in sehr geringem Maße von der Kraft der Schließfeder abhängig ist, so dass einerseits keine zu große Drehzahl und somit nicht zu viel kineti ¬ sche Energie in Motor und Getriebe vorhanden sind und anderer ¬ seits sicher ein zügiges Schließen erreicht werden kann.

[0010] Vorzugsweise ist jede der Wicklungen des Schrittmotors in der genannten Weise über eine Umschalteinrichtung mit einer Speiseschaltung und zum Dämpfen mit einer Dämpfungsschaltung mit kapazitivem Dämpfungsstromkreis verbunden. Vorzugsweise werden somit alle Wicklungen des Schrittmotors zum Dämpfen herangezogen. Die gewünschte Dämpfung ist mit der Anzahl der belasteten Phasen einstellbar.

[0011] Die Umschalteinrichtungen werden vorzugsweise synchron betrieben, d.h. entweder sind alle Wicklungen mit ihren Speiseschaltungen verbunden oder es sind alle Wicklungen mit ihren Dämpfungsschaltungen verbunden. Die Umschalteinrichtungen sind vorzugsweise solche mit mechanischem Kontakt wie beispiels ¬ weise Umschaltrelais. Vorzugsweise führt der Ruhekontakt des betreffenden Umschaltrelais zum Dämpfungsstromkreis, während der Arbeitskontakt zur Speiseschaltung führt. Sobald das Um ¬ schaltrelais stromlos wird, d.h. abfällt, wird die Dämpfungs ¬ schaltung aktiviert. Damit ist die Dämpfungsschaltung bei Stromausfall sicher aktiv.

[0012] Vorzugsweise enthält der kapazitive Dämpfungsstromkreis einen Kondensator, der über die Umschalteinrichtung mit der Wicklung des Schrittmotors eine Masche bildet, die ein Reso ¬ nanzkreis ist. Der ohmsche Widerstand der Wicklung und Eisen ¬ verluste des Eisenkreises des Schrittmotors stellen eine Be- dämpfung dieses Resonanzkreises dar und bestimmen den Gütefaktor desselben. Der Gütefaktor ist vorzugsweise so bemessen, dass er mindestens größer als Fünf, vorzugsweise größer als Zehn und weiter vorzugsweise größer als Zwanzig ist. Damit wird eine relativ steile Resonanzkurve der Resonanzanordnung erreicht, was wiederum eine stark nichtlineare Verzögerungsmo ¬ ment-Drehzahl-Kennlinie des Motors zur Folge hat. Eine solche stark nichtlineare Kennlinie führt zu einer gut definierten Motordrehzahl während des Dämpfungsvorgangs.

Die Dämpfungseinrichtung und das Federmittel sind vorzugsweise derart bemessen und aufeinander abgestimmt, dass die Motor ¬ drehzahl beim Schließen das Fünf- bis Fünfzehnfache vorzugs ¬ weise das Zehnfache der Drehzahl beim Öffnen des Ventils ist. Die Auslegung der Dämpfungseinrichtung kann anhand der nach dem Schließen des Ventils im System verbleibenden Energie erfolgen, die von der Schnellschlussgeschwindigkeit abhängig ist. Diese Energie treibt den Motor und das Getriebe in der Auslaufphase nach dem Aufsetzen des Ventilverschlussglieds auf den Ventilsitz an. Soll der Auslauf begrenzt sein, um die Bereitschaftszeit zum nächsten Öffnen zu minimieren, kann ein Endanschlag für den ventilseitigen Getriebeabtrieb vorgesehen werden. Der Anprall des Getriebeabtriebs an den Endanschlag weist einen Impuls auf, dessen Höhe vorzugsweise so bemessen ist, dass das Getriebe keine Belastung erfährt, wie sie nicht auch im Normalbetrieb auftritt. Andererseits ist die Schließ ¬ geschwindigkeit und damit die Motordrehzahl mindestens so hoch, dass angesichts des Schließwegs in jedem Fall die maxi ¬ male Schließzeit unterschritten wird.

[0013] Die Abstimmung bezieht sich dabei im Wesentlichen auf die Einstellung der Dämpfungseinrichtung. Die Wahl des Federmittels und die Bemessung von dessen Federkraft sind relativ unkritisch. Der Ventilantrieb kann deswegen ohne weiteres für verschiedene Schließfedern eingesetzt werden, ohne dass er ei ¬ ner Anpassung oder Veränderung bedürfte. Die Schließdrehzahl wird vorzugsweise durch die Bemessung der Größe des Kondensa ¬ tors in dem kapazitiven Dämpfungsstromkreis eingestellt. [0014] Um die trotz gedämpft laufendem Motor in Motor und Getriebe vorhandene kinetische Energie beim Aufsetzen des Ven ¬ tilverschlussglieds auf den Ventilsitz von dem Ventilverschlussglied und dem Ventilsitz fernzuhalten, kann zwischen dem Getriebe und dem Ventilverschlussglied eine Getriebelose vorgesehen sein. Diese wird vorzugsweise durch ein biege ¬ schlaffes Zugmittel, beispielsweise eine Kette gebildet. Die Dämpfungsschaltung bewirkt einen lediglich kurzen Auslauf von Motor und Getriebe, der sich auf den Bruchteil einer vollen Umdrehung eines Kettenrads für die Kette begrenzen lässt. Auf diese Weise kann mit kurzen Ketten und kurzen Auslaufzonen gearbeitet werden, wodurch sich die Größe des Ventilantriebs auf ein Minimum reduzieren lässt.

[0015] Erfindungsgemäß ist außerdem ein Verfahren zum Betrieb eines Ventilantriebs vorgesehen. Die Besonderheit des Verfah ¬ rens liegt insbesondere im Dämpfen des Schrittmotors des Ven ¬ tilantriebs durch eine Dämpfungsschaltung mit Resonanzcharakteristik. Die Resonanzanordnung aus Motorwicklung und kapazitiven Dämpfungsstromkreis arbeitet während des Dämpfens vor ¬ zugsweise im unterresonanten Betrieb, d.h. die Frequenz des erzeugten Stroms liegt unterhalb der Resonanzfrequenz der Resonanzanordnung. Es wird auf diese Weise eine stark nichtline ¬ are Verzögerungsmoment-Drehzahl-Kennlinie erreicht, bei der das Verzögerungsmoment bei ansteigender Drehzahl sehr stark überproportional ansteigt.

[0016] Einzelheiten von Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Zeichnung, der Beschreibung oder von Unteransprüchen. Es zeigen:

[0017] Figur 1 einen Ventilantrieb mit angeschlossenem

Ventil, in sehr stark schematisierter Übersichtsdarstellung,

[0018] Figur 2 den Ventilantrieb, in schematisiertem und vereinfachtem Schaltbild, [0019] Figur 3 eine Federkennlinie der Schließfeder des

Ventils nach Figur 1,

[0020] Figur 4 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Resonanzcharakteristik der Dämpfungsschaltung und

[0021] Figur 5 das von der Resonanzschaltung erzeugte Verzögerungsmoment als Diagramm.

[0022] In Figur 1 ist ein Ventilantrieb 10 veranschaulicht, der zur Betätigung eines Ventils 11 vorgesehen ist, mit dem ein in seinen Eingang 12 eintretender und an seinem Ausgang 13 austretender Gasstrom freigebbar, absperrbar oder auch regulierbar ist. Dazu ist in dem Ventilgehäuse 14 ein Ventilsitz 15 angeordnet, dem ein Ventilverschlussglied 16 zugeordnet ist. Das Ventilverschlussglied ist beweglich angeordnet, um be ¬ darfsweise den Ventilsitz 15 verschließen oder freigeben zu können. Im Ausführungsbeispiel nach Figur 1 wird das Ventil ¬ verschlussglied parallel zur Öffnungsachse des Ventilsitzes 15 bewegt - es handelt sich um ein Sitzventil. Der Ventilantrieb 10 ist jedoch gleichermaßen bei anderen Ventiltypen einsetzbar, die als Schieber, Klappen oder dergleichen bezeichnet werden und bei denen das Schließglied zum Beispiel im rechten Winkel zu einer Öffnungsachse einer Öffnung bewegt wird.

[0023] Dem Ventilverschlussglied 16 ist eine Schließfeder 17 zugeordnet, die das Ventilverschlussglied 16 in Schließrich ¬ tung, d.h. auf den Ventilsitz 15 hin vorspannt.

[0024] Zu dem Ventilantrieb 10 gehört ein permanenterregter Schrittmotor 18, der über ein Getriebe 19 mit dem Ventilverschlussglied 16 verbunden ist. Das Getriebe 19 ist ein Unter ¬ setzungsgetriebe, das zumindest ein mit einem Motorritzel 20 kämmendes Zahnrad 21 aufweist. Es können weitere miteinander in Eingriff stehende Zahnräder verbunden sein, die einen Kraftübertragungsweg bilden. Dieser ist in Figur 1 rein sche ¬ matisch durch eine gestrichelte Linie angedeutet. Der Kraft ¬ übertragungsweg kann drehende Getriebeelemente und insbeson ¬ dere auch linear bewegliche Getriebeelemente umfassen, wie beispielsweise Zahnstangen, Gewindespindeln oder, wie in Figur 1 beispielhaft veranschaulicht, ein biegeschlaffes Zugmittel, wie beispielsweise eine Kette 22. Diese steht am einen Ende mit einem Kettenrad 23 und an ihrem anderen Ende mit dem Ventilverschlussglied 16 in Verbindung. Anstelle einer Kette kön ¬ nen jedoch auch andere Elemente wie beispielsweise flexible Drähte, Seile, Bänder oder dergleichen zur Anwendung kommen.

[0025] Die Kette 22 bildet eine zugfeste, nicht aber eine schubfeste Verbindung und erlaubt in Schubrichtung eine Bewe ¬ gung des Kettenrads 23 ohne Bewegung des Ventilverschluss ¬ glieds 16. Sie bildet somit eine Getriebelose. Anstelle eines biegeschlaffen Zugmittels kann die Getriebelose auch durch eine spielbehaftete Verbindung zweier Getriebeglieder, wie beispielsweise einen in einem Langloch sitzenden Mitnehmer gebildet sein.

[0026] Der Schrittmotor 18 ist an eine Betriebsschaltung 24 angeschlossen, die in Figur 2 auszugsweise veranschaulicht ist. Wie ersichtlich, weist der Schrittmotor 18 typischerweise mehrere, zum Beispiel zwei Wicklungen 25, 26 auf, die dazu die ¬ nen, ein Drehfeld zur Drehung des permanenterregten Rotors 27 aufzubauen. Dazu ist für jede Wicklung 25, 26 eine Speise ¬ schaltung 28 vorgesehen, die in Figur 2 lediglich exemplarisch und stellvertretend für alle Speiseschaltungen für die Wicklung 26 dargestellt ist. Die Speiseschaltung 28 dient zur Be ¬ reitstellung eines kontrollierten, veränderlichen Stroms für die Wicklung 26, um diese in phasenrichtiger Relation zu den übrigen Wicklungen 25 zu erregen und ein Feld aufzubauen, das die Bewegung oder auch die Position des Rotors 27 bestimmt. Dazu umfasst die Speiseschaltung 28 zum Beispiel eine Schal ¬ terbrücke 29 mit vier elektronisch gesteuerten Schaltern, zum Beispiel MOSFET-Transistoren, IGBTs oder dergleichen, die von einer Steuerschaltung 29 kontrolliert betrieben werden. Diese Steuerschaltung kann auch über eine Stromsensoranordnung 30 den in der Wicklung 26 fließenden Strom erfassen und regulieren. Die Steuerschaltung 29 kann die nicht weiter veranschaulichten Wechselrichterbrücken für die andere Wicklung ebenso steuern und deren Strom kontrollieren bzw. regulieren.

[0027] Der von der Wechselrichterbrücke gelieferte Strom wird dem Schrittmotor 18 über eine z.B. von der Steuereinrichtung 29 gesteuerte Umschalteinrichtung 31 zugeführt. Diese wird beispielsweise durch ein Umschaltrelais gebildet, dessen Zunge 32 im stromlosen (entregten) Zustand des Relais mit einem Ruhekontakt 33 - und im bestromten (erregten) Zustand mit einem Arbeitskontakt 34 verbunden ist. Das Umschalten der Umschalt ¬ einrichtung erfolgt vorzugsweise im stromlosen Zustand. Z.B. überwacht die Steuereinrichtung 29 mittels des Widerstands 30 den Motorstrom und schaltet die Umschalteinrichtung 31 erst um, wenn der durch sie hindurchfließende Strom einen Grenzwert unterschritten hat. Dies kann bei ausreichender Entregung des Motors 18 der Fall sein. Außerdem kann vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung 29 die Umschalteinrichtung 31 trotz vorhandenen Stroms dennoch umschaltet, wenn ansonsten die maximale Schließzeit überschritten würde.

[0028] Die Wicklung 26 ist mit einem Ende 35 mit der Kontakt ¬ zunge und über diese mit der Wechselrichterbrücke verbunden. Mit ihrem anderen Ende 36 ist die Wicklung 26 direkt mit der Wechselrichterbrücke verbunden. Das Ende 36 ist außerdem mit einem kapazitiven Dämpfungsstromkreis 37 verbunden, dessen anderes Ende an dem Ruhekontakt 33 anliegt. Der kapazitive Dämp ¬ fungsstromkreis 37 enthält zumindest einen Kondensator 38 so ¬ wie gegebenenfalls weitere Bauelemente, wie zum Beispiel pa ¬ rallel oder in Reihe geschaltete Kondensatoren, Widerstände o- der induktive Elemente sowie gegebenenfalls auch nichtlineare Bauelemente, wie z.B. Dioden oder Z-Dioden. [0029] Der kapazitive Dämpfungsstromkreis 37 ist bei entregtem Umschaltrelais (Umschalteinrichtung 31) zu der Wicklung 26 parallel geschaltet, so dass eine aus der Induktivität L der Wicklung 26, der Kapazität des Kondensators 38 und dem Innen ¬ widerstand R der Wicklung 26 gebildete Resonanzanordnung LCR gebildet ist. Der gegebenenfalls frequenzabhängige Innenwider ¬ stand R kann außerdem zusätzlich die Eisenverluste des Motors und sonstige Verluste repräsentieren. Die Resonanzanordnung LCR weist vorzugsweise eine hohe Güte Q von z.B. größer als 20 auf, da mit steigender Güte die Resonanzfrequenz schärfer definiert ist:

[0030] Der Widerstand R liegt vorzugsweise im Bereich von eini ¬ gen Ohm, zum Beispiel 4 bis 8 Ω, die Induktivität L liegt vor ¬ zugsweise im Bereiche weniger mH, zum Beispiel 10 bis 20 mH, die Kapazität C liegt vorzugsweise im Bereich weniger hundert nF, beispielsweise 330 nF.

[0031] Der insoweit beschriebene Ventilantrieb 10 arbeitet an dem Ventil 11 wie folgt:

[0032] Es wird zunächst davon ausgegangen, dass das Ventil 11 geöffnet werden soll. Dazu wird die Steuerschaltung 29 veranlasst, die angeschlossenen Wechselrichter zu aktivieren, um die Wicklungen 25, 26 über die Umschalteinrichtung 31 mit Stromimpulsen zu versorgen, die den Rotor 27 in gewünschter Richtung drehen, bis nach einer vorgegebenen Anzahl von

Schritten die gewünschte Position des Ventilverschlussglieds 16 erreicht ist. In diesem Zustand können die Wicklungen 25, 26 weiter so bestromt werden, sodass in dem Schrittmotor 18 ein nicht mehr drehendes Magnetfeld aufrechterhalten wird, um den Rotor 27 in vorgegebener Position zu halten. [0033] Das kontrollierte Verstellen oder auch Schließen des Ventils 11 erfolgt normalerweise ebenfalls vermittels der Steuerschaltung unter kontrollierter Bestromung der Wicklungen 25, 26 durch entsprechende Aktivierung der Wechselrichterbrü ¬ cken. Es entsteht ein rückwärts drehendes Magnetfeld, das den Rotor 27 nun rückwärts drehen und gegebenenfalls auch wieder in anderen Positionen zum Stillstand bringen kann. Die

Schließfeder 17 hat bei diesen Aktionen immer die Funktion, die Kette 22 oder ein sonstiges Zugmittel, wie ein Seil, ein Band oder dergleichen, straff zu halten und in Richtung auf das Schließen des Ventils 11 vorzuspannen. Sie bewirkt jedoch das Schließen nicht. Davon zu unterscheiden ist der stromlose Zustand bei geschlossenem Ventil und der Schnellschluss , um das Ventil 11 bei stromlosem Antrieb 10 kontrolliert in

Schließstellung zu überführen. Letzteres läuft wie folgt ab:

[0034] In stromlosem Zustand genügt die der Steuerschaltung 29 zur Verfügung stehende Energie nicht mehr, um einen kontrol ¬ lierten Motorbetrieb aufrecht zu erhalten. Ein Schnellschluss ¬ impuls kann durch Abschalten der Versorgungsspannung des Ventilantriebs 10 ausgelöst werden. In diesem Fall fällt das Um ¬ schaltrelais ab, d.h. die Umschalteinrichtung 31 stellt eine Verbindung zwischen der Zunge 32 und dem Ruhekontakt 33 her. Dabei kann die Steuerschaltung 29 durchaus noch in Betrieb sein, so dass diese das Abschalten des Umschaltrelais veran ¬ lasst. Alternativ kann das Abfallen, d.h. Entregen des Umschaltventils auch schlicht durch den Wegfall der Betriebs ¬ spannung erfolgen. Vorzugsweise ist die Umschalteinrichtung 31 so gesteuert, dass ein Umschalten im stromlosen Zustand ge ¬ schieht und somit die Kontakte der Umschalteinrichtung ge ¬ schont werden. Es wird auf diese Weise jedenfalls der kapazi ¬ tive Dämpfungsstromkreis 37 mit der Wicklung 26 verbunden. Gleichzeitig werden andere Dämpfungsstromkreise mit den ande ¬ ren Wicklungen verbunden. [0035] Die Schließfeder 17 drängt nun das Ventilverschlussglied 16 in Schließstellung und treibt dabei über das Getriebe 19 den Schrittmotor 18 an. Dieser läuft mit zunehmender Drehzahl und erzeugt dabei in den Wicklungen 25, 26 eine Spannung. In dem Resonanzkreis LCR entsteht dabei ein oszillierender Strom. Dieser Vorgang erstreckt sich über den gesamten Schließweg des Ventils 11. Die ftr gaeiw-Kreisfrequenz ω dieser Oszillation liegt dabei vorzugsweise unterhalb der Resonanzfrequenz des Resonanzkreises LCR, dessen Resonanzkennlinie in Figur 4 ver ¬ anschaulicht ist. Der Arbeitspunkt I liegt auf dem linken, niederfrequenten Ast der Resonanzkennlinie. Entsprechend ent ¬ steht ein verzögernd wirkender Strom, der gemäß Diagramm in Figur 5 ein Verzögerungsmoment M hervorruft.

[0036] Der Zusammenhang zwischen der Generatorspannung U und der (Kreis- ) Frequenz ω ist gemäß Figur 4 an dem Arbeitspunkt I stark nichtlinear. Daraus ergibt sich eine noch stärker nichtlineare Verzögerungsmomentkurve gemäß Figur 5. Ersichtlicher Maßen nimmt das Verzögerungsmoment bei kleinen Änderungen der Drehzahl, die entsprechend kleine Änderungen der Kreisfrequenz ω der von dem Schrittmotor 18 erzeugen Generatorspannung zur Folge hat, überproportional zu oder ab. Dies wirkt im Hinblick auf verschieden auf das Ventilverschlussglied 16 einwirkende Kräfte sehr stark drehzahlstabilisierend.

[0037] Es kann auf diese Weise sichergestellt werden, dass der Schrittmotor 18 schnell genug läuft, um das Ventil 11 inner ¬ halb einer Maximalzeit zu schließen und andererseits nicht zu schnell, um die im System vorhandene kinetische Energie zu be ¬ schränken. Dabei ist dieser Vorgang wenig abhängig von der in Figur 3 veranschaulichten Federkennlinie II. Diese kann stei ¬ ler oder flacher verlaufen. Jedenfalls aber verläuft sie nicht durch den Nullpunkt, so dass auch dann, wenn das Ventilverschlussglied 16 auf dem Ventilsitz 15 aufsitzt, noch eine Schließkraft vorhanden ist. [0038] Das Betriebsregime des Ventils 11 und seines Antriebs 10 kann auch auf einfaches Öffnen und Schließen beschränkt sein. Dazu kann der Motor 18 bei Bestromung des Antriebs 10 in Of ¬ fenstellung gefahren und dort gehalten werden. Zum Abschalten, d.h. Schließen des Ventils, wird die Bestromung unterbrochen. Das Schließen des Ventils erfolgt dann, indem der Motor 18 angetrieben von der Schließfeder 17 im Generatorbetrieb unter Drehzahlkontrolle durch die Resonanzanordnung LCR in Schließ ¬ stellung läuft.

[0039] Der erfindungsgemäße Ventilantrieb 10 weist eine Dämp ¬ fungsschaltung mit kapazitivem Dämpfungsstromkreis 37 auf, die bei Generatorbetrieb des Schrittmotors 18 aktiviert wird. Die Dämpfungsschaltung bildet mit der Motorwicklung 26 eine Resonanzanordnung LCR, die drehzahlstabilisierend und -regulierend wirkt. Die Drehzahl des im Generatorbetrieb laufenden Schritt ¬ motors 18 wird in Grenzen konstant gehalten, und zwar ohne Re ¬ geleineingriff einer Steuerschaltung. Damit ist die Dämpfungsschaltung auch im stromlosen Zustand der Steuerung betriebsfähig und unabhängig von äußerer Stromversorgung sicher. Es wird sowohl ein schnelles Schließen erreicht wie ein zu langes Nachlaufen des Motors 18 sicher verhindert. Somit kann einer ¬ seits die maximale Schließzeit sicher unterschritten und ande ¬ rerseits der Nachlaufweg durch einen Anschlag begrenzt, und die Auftreffenergie an dem Anschlag zuverlässig auf ein zuläs ¬ siges Maß begrenzt werden.

Bezugs zeichen :

L Induktivität der Wicklung 26

R Verlustwiderstand, Innenwiderstand der Wicklung

26

LCR Resonanzkreis

I Arbeitspunkt

U Generatorspannung an Wicklung 26

ω Kreisfrequenz

F Kraft

X Weg

M Verzögerungsmoment

II Federkennlinie

S Summe der hemmend wirkenden Kräfte im Ventilantrieb 10