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Bezeichnung: Stellantrieb mit einem
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Spaltrohr Die Erfindung betrifft einen Stellantrieb für ein mit einem
aggressiven Medium in Berührung kommendes Rührwerk oder Ventil, bei dem ein zylindrisches
Spaltrohr aus nicht-magnetisierbarem Material vorhanden ist. In dessen Innenraum
befindet sich ein im wesentlichen zylindrischer Nehmer, während um dessen Außenfläche
ein im wesentlichen hohlzylindrischer Geber angeordnet ist; sowohl der Nehmer als
auch der Geber tragen jeweils einen dem Spaltrohr zugewandten Magnetkranz.
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Bei Rührwerken oder Ventilen, die mit aggressiven Medien in Berührung
kommen, wird eine Betätigung des
Rührers bzw. des Dichtorganes des
Ventils möglichst ohne eine Stopfbüchse angestrebt. Da bei Ventilen oft auf eine
Drehbewegung des Dichtorganes verzichtet werden kann, kommen hier Faltenbälge zur
Anwendung, deren eines Ende jeweils an einem Gehäuseteil und deren anderes Ende
jeweils an der Verbindung zwischen dem Dichtorgan und dem Stellmittel angebracht
ist.
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Es hat sich gezeigt, daß die Faltenbälge, die vorwiegend aus Metall
bestehen, im Laufe der Zeit an den am stärksten beanspruchten Stellen aufgrund der
fortwährenden Hin- und Herbiegung reißen, so daß derartige Ventile z.B. im Reaktorbau
nicht zugelassen sind.
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Für den Antrieb des Rührers eines Rührwerkes steht für die hier in
Betracht gezogene Anwendung eine Drehmomentübertragung mit Hilfe von zwei sich gegenüberliegenden
Magnetkränzen und einem dazwischen befindlichen Spaltrohr zur Verfügung, die insbesondere
für den Antrieb von Kreiselpumpen verwendet wird (US-PS 3 877 844). Ein derartiger
Antrieb bedingt eine starre Lagerung des Rührers, was bei Rührvorgängen mit Feststoffen
zu außerordentlichen Nachteilen führen kann.
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Es ist demnach Aufgabe der Erfindung, einen Stellantrieb der eingangs
genannten Art zu schaffen, der sowohl für Rührwerke beim Untermischen von Festkörpern
als auch für die Betätigung von Ventilen z.B. im Reaktorbau geeignet ist.
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Die Erfindung wird darin gesehen, daß der Nehmer und der Geber jeweils
mehrere nebeneinanderliegende Magnetkränze
aufweisen, und daß zur
Änderung der Steilfederrate zwischen dem Geber und dem Nehmer die Maynetkränze des
Gebers ganz oder teilweise den Magnetkränzen des Nehmers gegenüberliegen.
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Die Vorteile der Erfindung werden zunächst in Verbindung mit der Verwendung
an einem Rührwerk erläutert. Zur Vermeidung von Beschädigungen an den Rührorganen
eines Rührwerks ist es vorteilhaft, das Antriebsmoment des Rührers zu begrenzen,
was im Prinzip bei der Verwendung von Magnetkräften zur Momentenübertragung sehr
leicht bewirkt werden kann. Infolge der Magnetauswahl bzw. der Abstände der Magnetkränze
zueinander kann ein bestimmtes Höchstmoment vorgewählt werden, Allerdings ist dann
der Momentenantrieb auf dieses Höchstmoment festgelegt.
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In der Praxis werden jedoch für unterschiedliche Rühraufgaben unterschiedlich
hohe Höchstmomente verlangt, was bisher Schwierigkeiten bereitet hat. Hier setzt
die Erfindung ein.
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Durch die Anordnung mehrerer Magnetkränze jeweils auf dem Nehmer und
auf dem Geber und durch die freie Wahl der Anzahl der sich jeweils gegenüberliegenden
Magnetkränze kann das jeweilige Höchstmoment in Stufen weitgehend angepaßt werden
Dabei ist besonders wichtig, daß mit abnehmendem Höchstmoment auch die Weichheit
des Antriebes in axialer Richtung zunimmt, wodurch ebenfalls die Schonung des Rührers
verbessert wird.
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Es bedarf dazu einer Axiallagerung des Rührers, die über einen weiten
Bereich eine freie Axialbewegung zuläßt, so daß die eigentliche Fixierung im Axialrichtung
mit Hilfe der Magnetkränze erfolgt.
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Das jeweilige Höchstmoment kann entweder bei der Montage des Stellenantriebes
an de spätere Aufgabe angepaßt werden,
oder aber der- Stellantrieb
kann während des Betriebes auf andere Momentenhöchstwerte umgestellt werden. Dazu
ist der Stellweg des Nehmers mit Hilfe von Anschlägen begrenzt, während der Verstellbereich
des Gebers größer als der des durch die Anschläge begrenzten Verstellweges des Nehmers
ist. Auf diese Weise wird der Geber so weit in die eine Extremlage gezogen, bis
der Nehmer an dem entsprechenden Anschlag anliegt. Das ,Weiterbewegen des Gebers
in axialer Richtung über die derzeitigen magnetischen Axialkräfte hinaus bewirkt
eine andere Paarung der sich gegenüberliegenden Magnetkränze und damit eine Veränderung
des übertragbaren Momentes und der Axialsteifigkeit.
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Bei der Verwendung der Erfindung für ein Ventil ergibt sich gegenüber
einer Ausführung mit einem Faltenbalg der Vorteil der völligen Verschleißfreiheit.
Das Risiko einer Ermüdung der Abdichtung ist somit ausgeschlossen, so-daß ein mit
dem erfindungsgemäßen Stellantrieb ausgestattetes Ventil auch ohne weiteres im Reaktorbau
verwendet werden kann.
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Die Erfindung weist aber noch weitere Vorteile auf.
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Insbesondere bei zylindrischen oder nur leicht konischen Dichtflächen
besteht die Gefahr, daß nach dem Schließen des Ventils zu deren öffnung höhere Stellkräfte
benötigt werden, als für den Schließvorgang. Dies mag ein Grund sein, warum bisher
für Stellantriebe von Ventilen für die Axialbewegung keine Magnetkraftübertragung
verwendet worden ist.
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Hier weist die Erfindung einen Weg. Für den normalen Betrieb wird
eine Paarung der Magnetkränze gewählt, bei der
sich weniger Kränze
gegenüberliegen, als maximal möglich.
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Das bedeutet, daß für den normalen, störungsfreien Betrieb die vorhandenen
Magnetkräfte mit dieser reduzierten Paarung ausreichen, das Ventil zu öffnen und
zu schließen. Dabei ist die Lage der Magnetkränze zueinander so gewählt, daß im
Falle einer Behinderung bei der Schließbewegung die Zahl der sich gegenüberliegenden
Kränze abnimm-t und für den Fall der Behinderung bei der Öffnungsbewegung zunimmt.
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Falls nun im Betrieb tatsächlich eine Schwergängigkeit, beispielsweise
während des Schließvorganges,auftritt, so nimmt nach dem Uberschreiten der derzeitig
vorhandenen axialen Maximalkraft die noch verbleibende Stellkraft zunehmend ab.
Das bedeutet, daß das Ventil vor einer Beschädigung geschützt wird. Oftmals kann
die Behinderung durch eine nachfolgende Öffnung des Ventils wieder beseitigt werden.
Bei einer entsprechenden Stellbewegung des Gebers nimmt die axial wirkende Offnungskraft
mit jedem Magnetkranzpaar, das sich zusätzlich gegenüberliegt, zu, wobei die Öffnungskraft
bei sämtlichen, sich gegenüberliegenden Magnetkränzen ein Maximum erreicht, das
höher liegt als die vorherige Schließkraft.
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Damit besteht eine sehr hohe Wahrscheinlichkeit, daß das Ventil trotz
der Schwergängigkeit noch geöffnet werden kann.
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Die Vorwahl der Schließkraft wird dabei wieder mit Hilfe der Anschläge
in der beschriebenen Weise frei gewählt.
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Es ist dabei unerheblich, ob z.B. für den Schließvorgang des Ventlls
eine Einwärts- oder Auswärtsbewegung erforderlich ist, der erfindungsgemäße Stellantrieb
kann
wahlweise für beide Anwendungsfälle eingestellt werden.
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Wegen dieser universellen Verwendbarkeit empfiehlt es E-1C10, (tI('
wsilige Anzahl der Magnetkränze auf dem Nehmer und dem Geber gleich zu wählen. Dabei
genügen z.B. sechs Magnetkranzpaare.
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Mit abnehmender axialer Ubertragungskraft nimmt die Weichheit der
Federrate zwischen dem Geber und dem Nehmer zu. Um hier Schwingungen zu vermeiden,
ist es zweckmäßig, den Nehmer zur Dämpfung seiner Bewegung mit einem Ring zu versehen,
der an der Innenfläche des Spaltrohres anliegt. Seine Vorspannung ist so zu wählen,
daß er zwar eine gewisse Reibung, jedoch keine Behinderung des Nehmers bewirkt;
als Werkstoff ist ein Kunststoff zu bevorzugen, z.B. Teflon.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels,
das in der Zeichnung dargestellt ist, näher erläutert; darin bedeuten: Fig. 1 eine
Schnittansicht des erfindungsgemäßen Stellantriebes in einer Stellung mit reduzierter
Ubertragungskraft und Fig. 2 in einer gegenüber der Fig. 1 abweichenden Stellung.
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In den Fig. 1 und 2 ist die Erfindung nur schematisch dargestellt.
An dem äußeren Ende eines hohlzylindrischen Gebers 1 sind fünf Magnetkränze 6 (Fig.
1) nebeneinanderliegend angeordnet, deren Innenflächen dem Spaltrohr 5 eines sogenannten
Spaltrohrtopfes 2 zugewandt sind. Er
besteht aus einem nicht-magnetischem
Material und trennt den das aggressive Medium führenden Innenraum eines Rührwerks
oder eines Ventils von der Umgebung hermetisch ab.
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Im Inneren des Spaltrohres 5 befindet sich ein Nehmer 3, der auf seiner
der Innenfläche des Spaltrohres 5 zugewandten Seite ebenfalls mit fünf Magnetkränzen
4 versehen ist. In der dargestellten Stellung des Gebers 1 gegenüber dem Nehmer
3 liegen sich vier Magnetkränze gegenüber, das bedeutet, daß nicht die volle, sondern
eine reduzierte Übertragungskraft zwischen dem Geber 1 und dem Nehmer 3 zur Verfügung
steht.
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Der Nehmer 3 ist gegenüber dem Geber 1 einwärtsverschoben, so daß
bei einer Vertikalbewegung des Gebers nach unten und einer entsprechenden Behinderung
des Nehmers 3 die übertragbaren Kräfte weiter abnehmen, da zunehmend weniger Magnetkränze
4 und 6 sich gegenüber liegen. In der anderen Richtung jedoch nimmt die Übertragungskraft
zu , da bei fünf sich gegenüberliegenden Magnetkränzen 4 und 6 eine höhere Kraft
übertragen werden kann. In derdarqestellten Ste]lung wird der erfindungsgemäße Stellantrieb
vorteilhaft für ein Ventil verwendet, dessen Schließbewegung vertikal nach unten
und dessen Öffnungsbewegung vertikal nach oben gerichtet ist. Das Schließorgan des.Ventils
istüber eine Stange, deren Stumpf dargestellt ist, mit dem Nehmer 3 verbunden.
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Um Schwingungen des Nehmers 3,insbesondere bei geringen Ubertragungskräften,
also bei nur wenigen sich gegenüberliegenden Magnetkränzen 4 und 6,zu dämpfen, ist
oberhalb der Magnetkränze 4 in den Nehmer 3 ein Ring 7 eingelassen, der an der Innenseite
des Spaltrohres 5 anliegt.
Er hat eine Reibungsdämpfung zur Folge,
die eine Beruhigung der Nehmerausschläge bewirkt.
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Es sei angenommen, daß der erfindungsgemäße Stellantrieb ursprünglich
eine Stellung innehatte, in der sich alle fünf Magnetkränze 4 und 6 gegenüberlagen.
Die in der Fig. 1 dargestellte Stellung wird folgendermaßen erreicht: Zunächst wird
der Geber 1 abwärts bewegt, bis der Nehmer 3 mit seiner Unterkante auf Anschläge
8 auftrifft, die eine weitere Bewegung verhindern. Mit Hilfe einer Stellkraft an
dem Geber 1, die die maximale Haltekraft zwischen dem Geber 1 und dem Nehmer 3 übertrifft,
ird der Geber 1 nun noch weiter vertikal nach unten verstellt, bis sich nur noch
vier der fünf Magnetkränze 4 und 6 gegenüberliegen.
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In der Fig. 2 ist eine Stellung zwischen dem Geber 1 und dem Nehmer
3 dargestellt, in der sich vier von sechs Magnetkränzen 4 und 6 gegenüberliegen.
Dieser Zustand ist z.B. dann empfehlenswert, wenn der erfindungsgemäße Stellantrieb
für einen über eine Stange mit dem Nehmer 3 verbundenen Rührer verwendet wird, dessen
Rührbewegung beispielsweise durch Festkörper oftmals behindert wird, bzw. aufgrund
der Schrägstellung seiner Rührflügel zum axialen Ausweichen neigt. Die Weichheit
des Antriebes kann weiter gesteigert werden, indem die Zahl der sich gegenüberliegenden
Magnetkränze 4 und 6 noch weiter reduziert wird. Soll hingegen ein möglichst starrer
Antrieb für den Rührer verwirklicht werden, so können selbstverständlich alle sechs
Magnetkränze 4 und 6 in eine sich gegenüberliegende Stellung gebracht werden.
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Zur Einstellung der in der Fig. 2 dargestellten Lage zwischen dem
Geber 1 und dem Nehmer 3 wird der Geber
zunächst vertikal nach
oben verstellt, bis der als Anschlag 8' wirkende Mittelbolzen an der Innenseite
des Spalttopfes 2 anliegt. Sodann wird der Geber- 1 über die derzeitige Haltekraft
hinaus weiter vertikal nach oben bewegt, bis sich die gewünschte Anzahl an Magnetkränzen
4 und 6 gegenüber liegt . Zur Kontrolle der Lage des Nehmers 3 gegenüber dem Geber
1 kann außerhalb des Gebers 1 eine Markierung angebracht sein, die in den jeweiligen
Anschlaglagen des Gebers 1 die Anzahl der sich gegenüberliegenden Magnetkränze anzeigt.
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