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Elektromotorische Verstellvorrichtung
Die Erfindung bezieht sich auf eine elektromotorische Verstellvorrichtung, beispielsweise für Türen, Klappen od. dgl., wobei die Drehbewegung des Rotors in eine axiale Hin- und Herbewegung eines federbelasteten Betätigungsorgans umgewandelt wird, wobei im Kraftweg vom Rotor zum Betätigungsorgan ein aus Gewindespindel, Kugeln und Kugelmutter bestehendes Kugelgewinde eingeschaltet ist.
Bei dieser bekannten Vorrichtung wird die Spindel durch den Rotor desMotors in Drehung versetzt, wo- bei über das Kugelgewinde und eine Reibungskupplung das Betätigungsorgan axial mitgenommen wird, weil durch die Reibungskupplung die Kugelmutter gegen Drehen gesichert gehalten wird. Gerät in die zu betätigende Tür eine Person oder ein Gegenstand während des Schliessvorganges hinein, dann wird das Betätigungsorgan festgehalten. Die Folge ist, dass sich die Kugelmutter von dem Kupplungsbelag abhebt und von der sich weiter drehenden Spindel mitgenommen wird, wobei sie sich dreht und die Feder zusam- mendrückt. Die Tür bleibt damit bei laufender Spindel und laufender Kugelmutter stehen. Fällt der Strom aus, dann bleibt die ganze Betätigungsvorrichtung in der einmal erreichten Stellung stehen.
Bei Verstellvorrichtungen der eingangs erwähnten Gattung besteht aber die Forderung, dass im Gefahrenfalle, so beispielsweise auch bei Ausfall der Betätigungsenergie, die verstellte Vorrichtung wieder in den Sicherheitszustand selbsttätig zurückgeht. So muss z. B. eine Wettertilr im untertägigen Bergbau sich selbsttätig öffnen oder auch schliessen können, wenn der Grubenlüfter ausfällt, oder aber es muss eine Bremse geschlossen werden, wenn die Antriebsenergie für die Maschine ausfällt, oder es sollen gar die Türen einer Bank sich selbsttätig schliessen, wenn die elektrische Stromversorgung ausfällt.
In allen vorgenannten Fällen, in denen die Betätigungsvorrichtungen für diese Zwecke mit Pressluft oder Drucköl, oder einer andern Flüssigkeit gesteuert werden, d. h. also über Zylinder und Kolben, ergibt sich der selbsttätige Rucklauf in den Sicherheitszustand von selbst, da bei Wegbleiben des Druckes der amreibenden Luft oder Flüssigkeit der Kolben frei wird.
Es sind überdies auch elektromagnetisch wirkende Betätigungsvorrichtungen bekanntgeworden, die ebenfalls beim Stromausfall den betätigten Mechanismus freigeben, so dass er sich beispielsweise schliesst.
Da aber bekanntlich die Zugkraft eines Magneten auf einen Eisenanker mit wachsendem Abstand zwischen beiden ausserordentlich stark abnimmt, sind nur kurze Hubwege mit eigener Kraft möglich. Nachteilig ist oft auch der schlagartige Anzug und Abfall des Ankers.
Die Erfindung hat sich nun die Aufgabe gestellt, eine elektromotorisch angetriebene Betätigungsvorrichtung für die beschriebenen Anwendungsfälle zu schaffen, die ohne Benutzung eines Zwischenmediums, wie Pressluft oder Drucköl, unter Verzicht auf die hiezu sonst notwendigen Verdichter, rein elektrisch arbeitet, ohne die Nachteile der elektromagnetischen Betätigungsvorrichtungen zu besitzen.
Erreicht wird dieses Ziel zunächst in vorteilhafterweise im wesentlichen dadurch, dass der Rotor in be- kannter Weise beiderseits mit Hohlwellenabschnitten versehen ist, deren einer als Kugelmutter ausgebillet ist und dass das Betätigüngsorgan aus einer auf Teilen ihrer Länge mit Kugelgewinde ausgerüsteten, die Hohlwellenabschnitte des Rotors durchgreifenden Betätigungsstange besteht, die gegen Drehung gesichert . st, und an einem ihrer Enden mit ziehend oder drückend wirkenden Rückstellmitteln zusammenwirkt.
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bevorzugten Ausführungsformdefreien Hohlwellenabschnitte herum eine elektromagnetische Bremse angeordnet sein, deren mit einem Bremsbelag versehener Bremsring mit einem gleichfalls einen Bremsbelag besitzenden, sich in radialer Richtung erstreckenden Ringflansch des Hohlwellenabschnittes zusammen- und somit auf den Rotor und die Kugelgewindespindel einwirkt.
Die Drehsicherung der Kugelgewindespindel kann beispielsweise dadurch bewirkt werden, dass in axialer Verlängerung des Motorgehäuses eine im Innern mit einer Mehrkant-Führung, z. B. einer Vierkantführung, versehene Schutzkappe vorgesehen ist, die den aus dem Motorgehäuse austretenden und entsprechend der Führung gleichfalls mehrkantig ausgebildeten Endteil der Kugelgewindespindel gegen Drehung sichert.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist zur Drehsicherung der Kugelgewindespindel im Bereiche des Motorgehäusedurchlasses für den im Querschnitt runden Teil der Kugelgewindespindel ein passfedcrartiger Führungskeil vorgesehen, der seinerseits in eine glatte Axialnut des gewindelosen Betätigungsstangenteiles eingreift.
Und schliesslich sollen gemäss der Erfindung zur Rückstellung der Vorrichtung bzw. der als Kugelgewindespindel ausgebildeten Betätigungsstange im Gefahrenfalle innerhalb einer Schutzkappe Druck-und/ oder Zugfedern vorgesehen sein, die auf das in dieser Schutzkappe geführte Spindelende einwirken und bei geöffneter Magnetbremse und bei stromlosen Motor die Hin- und Herbewegung in den Sicherheitszustand bewirken. Hiebei ist erfindungsgemäss vorgesehen, dass das Ende der Kugelgewindespindel einen Bund besitzt, an dem eine sich am Motorgehäuse abstützende bzw. angreifende Feder und eine sich an der Stirnwand der Schutzkappe abstützende bzw. an dieser angreifende Feder abgestützt sind.
Dass dabei in der Schutzkappe ausserdem noch die Schaltkontakte, die mit einem Schaltnocken der Spindel zusammenwirken und ein Bängsgestrecktes Potentiometer, auf dem ein am Ende der Spindel angebrachter Schleifkontakt gleitet angeordnet sind, sind besonders vorteilhafte Merkmale der Erfindung.
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Augenblick aus, wo die Betätigungsstange gerade die Klappe am Auslauf eines Bunkers öffnet, dann wird einerseits der Motor stromlos und anderseits wird die Magnetbremse geöffnet, so dass die im vorliegenden Falle als- Federn ausgebildeten Rückstellmittel wirksam werden können, und die Betätigungsstange in axialer Richtung zurückbewegen, bis der Sicherheitszustand, d. h. die Ausgangsstellung erreicht ist, die Klappe also wieder geschlossen wird.
Die Reibung-des Kugelgewindes ist hiebei so gering, dass eine Rückstellung ohne weiteres möglich ist.
Zusammenfassend wird durch die Erfindung mit baulich einfachen Mitteln ein besonders wohlfeiles Verstellgerät geschaffen, das selbst im Gefahrenfalle, z. B. bei Stromausfall in der Lage ist, selbsttätig in die. Ausgangsstellung zurückzugehen, wodurch den Forderungen der Praxis in vollem Umfange Rechnung getragen werden, kann.
Im übrigen versteht sich die erfindungsgemässe Vorrichtung samt weiteren Vorzügen am besten an Hand der nachfolgenden Beschreibung des in der Zeichnung wiedergegebenen Ausführungsbeispieles, bei dem eine solche Verstellvorrichtung im Schnittbild wiedergegeben ist.
Dabei ist in einem Gehäuse 1 ein Elektromotor mit der Statorwicklung 2 und dem Stator 3 angeordnet, der bei Anschaltung an die Stromquelle den Rotor 4 in Umdrehung versetzt. Der Motor kann ein Drehstrom-, Wechselstrom-, Allstrom-oder Gleichstrommotor sein, weswegen noch die fürdie verschie- denen Ausführungsmöglichkeiten eventuell erforderlichen Bürsten 5 und der Kollektor 6 eingezeichnet sind. Bei einem Drehstrommotor können diese Teile entfallen.
Der Rotor 4 besitzt auf seinem Umfang verteilt Längsbohrungen durch die mittels der Schrauben 7 zwei angeflanschte Hohlwellenabschnitte 8,9 mit dem Rotor 4 fest und zentrisch verbunden sind. Zur Zentrierung dient auch der innen auf Mass abgedrehte Kurzschlussring 10 auf beiden Rotorseiten. Der Hohlwellenabschnitt 8 enthält ein Kugelgewinde, das gegenüber normalen Gewinden eine erheblich kleinere Reibung besitzt, weil die Gewindegänge durch die bei der gegenseitigen Bewegung von Mutter und Gewinde rollenden Kugeln 11 ersetzt werden. Den andern Teil des Kugelgewindes bilden die Gewindegänse der runden Betätigungsstange 12 die am oberen Ende einen Gabelkopf 13 trägt. Sofern diese Verbindung eine Drehung der Betätigungsstange 12 nicht zulässt, wird sich die Stange je nach der Drehrichtung des Motors bei dessen Einschaltung hin-oder herschieben.
Es ist aber auch möglich, die Stange 12 mit einer-nicht dargestellten-Längsnut zu versehen, die über eine Keilführung, die beispielsweise im Bauteil 14 angeordnet sein kann, die Drehung verhindert und somit die Hin-und Herbewegung ergibt. Es ist auch möglich, das untere Ende der Stange 12 in dem Ge- läuse 15 z. B. als Vierkant auszubilden und eine entsprechende Führung im Gehäuse 15 anzuordnen, um dieselbe Wirkung zu erzielen, wobei es sich als vorteilhaft herausstellt ; dass die nach aussen austretende
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Stange 12 infolge Fehlens der Längsnut leichter gegen das Gehäuse 1 an der Stelle 14 abgedichtet werden kann, um das Hineinziehen von Schmutz in das Gehäuse 1 zu verhindern.
Die Stange 12 ist nur in dem
Kugelgewinde geführt und kann sich im übrigen frei hin- und herbewegen, wenn man von der eventu- ell erforderlichen Führung durch Führungskeil oder Vierkant absieht, die aber auch leichtgängig gehalten werden kann.
Auf der andern SeitedesRotors4dientder angeflanschte Hohlwellenabschnitt 9 mit dem Radialflansch
16 als Bremsscheibe einer Magnetbremse. Die Magnetbremse besteht bekanntlich aus der Magnetspule 17 in einem Eisenring 18, der fest in dem Motorgehäuse 1 angebracht ist. Dieser Eisenring nimmt in seinem
Inneren das Kugellager 19 ebenso auf, wie auf der Gegenseite ein Gehäuseteil oder ein mit dem Gehäuse 1 verbundener Ringsteg 20 das Kugellager 21 aufnimmt. Diese beiden Kugellager 19, 21 stellen also die eigentliche Lagerung des Motors dar. Die beiden Drucklager 22 und 23 dienen zur Ableitung des Ver- schiebedruckes der Stange 12 auf das Gehäuse 1 und schliesslich dessen Verlagerung, die nicht eingezeich- net ist.
Auf der Vorder- und Rückseite des Ringmagneten 18 mit der Ringspule 17 sind die beiden runden
Ringscheiben 24,25 angeordnet, die durch über den Umfang gleichmässig verteilten Bolzen 26 verbunden sind. Auf jedem Bolzen 26 sitzt eine Druckfeder 27, die im Ruhezustand sich auf dem Boden des Eisenrin- ges 18 abstützend die verbundenen beiden Scheiben 24,25 in der gezeichneten Stellung halten. Die aus den Teilen 16 und einer Scheibe 24 mit den beiden Bremsbelägen 28 gebildete Bremse ist also offen. Der
Teil 16 kann frei rotieren und die Stange 12 bewegt sich in der drehabhängigen Richtung so lange, bis der
Bundnocken 29 entweder den Kontakt 30 oder 31, die beide ebenfalls in dem Gehäuseteil 15 untergebracht sind, betätigt, die die Stromzuführung zum Motor über das Motorschütz unterbrechen.
Im gleichen Augenblick wird über Schliesskontakte des abfallenden Schützes die Ringmagnetspule 17 über einen
Gleichrichter an die Phasenspannung des Motors gelegt. Der Magnet zieht die Scheibe 24 auf seiner Vorderseite an und schliesst damit die Bremsbeläge 28, so dass die Stange 12 über den festgehaltenen Rotor und das Kugelgewinde ebenfalls in ihrer Lage festgehalten wird.
Eine Last, die beispielsweise mittels der Stange 12 gehoben worden ist, bleibt in dieser angehobenen Stellung stehen. Es ist hiezu lediglich notwendig, dass die Bremskraft der Bremsbeläge, bedingt durch die Haftkraft des Magneten 18 mindestens so gross ist, wie das maximale Motordrehmoment, das zum Heben der Last erforderlich ist.
Es ist ohne weiteres einleuchtend, dass durch Umpolung des Motors und Wiedereinschaltung des Schützes der Magnet spannungslos wird, der Motor in entgegengesetzter Richtung läuft, und die Last beispielsweise abgesenkt wird, bis wiederum der korrespondierende Kontakt, entweder 30 oder 31 in Tätigkeit tritt. Es ist auch möglich, die gehobene Last abzusenken ohne den Motor umzupolen, indem stattdessen nur der Magnet 18 stromlos geschaltet wird, die Bremse sich öffnet und die absinkende Last den nicht unter Stromeinwirkung stehenden Rotor 4 in Umdrehung versetzt, weil das Kugelgewinde infolge seiner nur sehr geringen Reibungsverluste, die in Längsrichtung der Stange 12 wirkende Kraft der Last mit nur sehr geringem Energieverlust über das Kugelgewinde in eine Drehbewegung umsetzt und sich in der Beschleunigungsarbeit für den Rotor 4 verzehrt.
Aus dem vorhergesagten geht aber auch insbesondere klar hervor, dass der eigentliche Zweck der Erfindung ebenfalls erreicht ist ; denn im Falle des Ausbleibens der elektrischen Energieversorgung wird nämlich der Elektromagnet 18 stromlos und die Bremse 28 öffnet sich über die Federn 27, so dass auch somit z. B. die gehobene Last in die Ruhelage zurückkehrt. In den Fällen, wo die Last nicht senkrecht, sondem waagrecht bewegt werden muss, und in Fällen, in denen praktisch keine Last bewegt werden muss, sondern nur eine Verstellung ganz kleiner Massen erfolgt, wird der Rückgang der Stange 12 in die Ausgangs-bzw. Ruhe-, oder Sicherheitslage duren die eingebauten Federn 32 oder 33 bewirkt.
Diese Federn, von denen je nach der beabsichtigten Wirkung nur eine von beiden eingebaut werden kann, ziehen oder drücken bei völligem Stromausfall infolge der sich öffnenden Bremse 28 die Stange 12 in die Ruhe- oder Ausgangslage zurück, weil-wie bereits gesagt-das Kugelgewinde keine nennenswerte Reibung besitzf.
Ein recht nützlicher Anwendungsbereich für diese Ausführungsform wäre beispielsweise die automa- tische Betätigung der Handbremse von Kraftfahrzeugen. Es ist ohne besondere Zusatzschaltungen mög- lich, mit dem Zündschlüssel den Motor der erfindungsgemässen Vorrichtung an die Fahrzeugbatterie so anzuschalten, dass bei eingeschalteter Zündung die Handbremse gelöst ist. In diesem Fall ist der Motor kurz durch die Batteriespannung in Umdrehung versetzt worden, bis er durch die Endkontakte ausgeschaltet wird, und die Magnetbremse im gleichen Moment eingeschaltet wird, die die Stange 12 in der Öffnungsstellung für die Handbremse festhält.
Wird das Fahrzeug ausser Betrieb gesetzt, die Zündung also
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notwendigen Federn 32 oder 33 in die Fahrzeugbremse gezogen, womit automatisch eine Sicherung des ruhenden Fahrzeuges erreicht wird. Für diese Vorrichtung wird also weder eine zusätzliche hydraulische noch eine pneumatische Energieerzeugung und Betätigungsvorrichtung benötigt, sondern lediglich die be- reits vorhandene Fahrzeugbatterie.
Statt die Abschaltung des Motors vermittels. der Kontakte 30 und 31 über ein Schütz zu bewirken, ist es vor allem bei kleiner Motorleistung auch möglich, diese Kontakte 30 und 31 z. B. als Mikroschalter hoher Schaltleistung unmittelbar zur Ab-und Wiedereinschaltung des Motors zu benutzen. Es ergibt sich damit eine. kleine Bauart der gesamten Vorrichtung, die sich auch zur Betätigung von Schlössern an Tü- ren eignet. Überhaupt sind die Anwendungsgebiete sehr vielseitig, da Kugelgewinde bereits mit kleinsten
Abmessungen hergestellt werden.
Es ist auch denkbar, ausser den Kontakten 30 und 31 noch Potentiometer in dem Gehäuse 15 unterzubringen derart, dass die Stellung der Stange 12über einen an dieser angebrach- ten Schleifkontakt eine Fernanzeige und sogar eine automatische Regelung der gewünschten Unterwegsstel- lung der Stange ermöglicht, es lässt sich auf diese Weise z. B. ein Bremsdruck auf einen konstanten Wert regeln und vieles andere mehr.
An Stelle der Kombination von normalem Motor und Magnetbremse liesse sich auch ein Spezialmo- tor verwenden, der es erlaubt, dauernd unter Spannung auch bei Last zu stehen (ähnlich einem Roll- gangsmotor), so dass sich die Magnetbremse erübrigt, da im Falle des Ausfalls der Stromversorgung dann die gehobenen und von. dem unter Spannung stehenden Motor gehaltene Last ebenfalls absinken kann.
Und nicht zuletzt versteht es sich im Rahmen der Erfindung von selbst, dass die dargestellte und be- schriebene Ausführungsform nur ein Beispiel für die Verwirklichung der Erfindung sein soll und keinesfalls allein hierauf beschränkt werden soll, vielmehr liessen sich im Rahmen der Erfindung auch noch mancher- lei andere Ausführungen und Anwendungen verwirklichen. Dies bezieht sich insbesondere auf eine abwei- chende bauliche Gestaltung.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Elektromotorische Verstellvorrichtung, bei der die Drehbewegung des Rotors in eine axiale Hinund Herbewegung eines federbelasteten Betätigungsorgans umgewandelt wird, wobei im Kraftweg vom Rotor zum Betätigungsorgan ein aus Gewindespindel, Kugeln und Kugelmutter bestehendes Kugelgewinde eingeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (4) in bekannter Weise beiderseits mit Hohlwellenabschnitteh (8, 9) versehen ist, deren einer als Kugelmutter ausgebildet ist, und dass das Betätigungsorgan aus einer auf Teilen ihrer Länge mit Kugelgewinde ausgerüsteten, die Hohlwellenabschnitte des Rotors durchgreifenden Betätigungsstange (12) besteht, die gegen Drehung gesichert ist und an einem ihrer Enden mit ziehend oder drückend wirkenden Rückstellmitteln zusammenwirkt.