DE1013767B - Einrichtung zur Erzeugung einer linearen Antriebsbewegung, bei der der Rotor eines Elektromotors ueber ein Triebelement auf eine mit der Motorachse koaxiale, gegen Verdrehung gesicherte Gewindespindel einwirkt - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erzeugung einer linearen Antriebsbewegung, im besonderen eine Einrichtung zur Regelung oder Steuerung beispielsweise von Ventilen oder von Steuerstangen, die der Regelung des Betriebes von Atomreaktoren dienen.

Das Problem der Einstellung eines beweglichen Elementes in einer linearen Richtung besteht bei verschiedenen Typen industrieller Apparaturen, und es wurden schon verschiedene Vorschläge zur. Lösung dieses Problems gemacht. Das Problem wird besonders schwierig in Fällen, wo es erwünscht ist, derartige Elemente in einem System auf große Entfernung zu steuern, beispielsweise in einem mit gefährlichen oder explosiblen Stoffen betriebenen System, wo die Anwendung der Fernsteuerung für die lineare Einstellung unerläßlich ist. Ein Beispiel ist der Betrieb einer komplizierten chemischen Anlage, wo zahlreiche Ventile einzustellen sind, um den Strom verschiedener Medien von einem entfernt gelegenen Punkt aus zu steuern. Auch ergibt sich hierbei das Bedürfnis — besonders wenn unter explosionsgefährlichen Bedingungen gearbeitet werden muß ·—·, mehrere Ventile gleichzeitig zu schließen, um die Anlage außer Betrieb zu setzen.

Zur Erzeugung einer linearen Antriebsbewegung sind bereits Einrichtungen bekannt, bei denen der Rotor eines Elektromotors über ein Triebelement auf eine mit der Motorachse koaxiale, gegen Verdrehung gesicherte Gewindespindel einwirkt. Ferner ist bekannt, die Gewindespindel im hohlen Rotor zu führen sowie die Triebelemente aus Walzen mit Flanschen für den Eingriff in die Gewindespindel oder aus Muttern auszubilden.

Bei einer bekannten Anordnung wird eine Gewindespindel durch eine umlaufende Mutter angetrieben, welche mit dem Motor über ein Planetengetriebe und eine magnetische Kupplung verbunden ist. Diese Lösung ist kompliziert und gestattet eine freiaxiale Bewegung der Gewindespindel selbst dann nicht, wenn die Kupplung ausgerückt ist.

Bei einer anderen bekannten Ausführung treibt ein in einem Innenrohr gelagerter Motor über ein Getriebe Taumelscheiben an, an denen einseitig wirkende Schaltelemente kardanisch angelenkt sind. Diese Schaltelemente arbeiten als Klinken, die eine hin- und hergehende Bewegung parallel zur Achse des Motors ausführen und hierbei ein Außenrohr schrittweise bewegen. Die Klinken und die Taumelscheiben drehen sich nicht; demzufolge nehmen auch die Hebel, welche die Klinken und die Taumelscheiben verbinden, an der Drehung um die Rotorachse nicht teil. Auch diese Anordnung, die überdies vom Rotor angetriebene Nocken erfordert, ist nicht nur kompliziert, sondern Einrichtung zur Erzeugung einer linearen Antriebsbewegung, bei der der Rotor

eines Elektromotors über ein

Triebelement auf eine mit der Motorachse koaxiale, gegen Verdrehung gesicherte

Gewindespindel einwirkt

Anmelder:

Westinghouse Electric Corporation,
East Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. F. Weickmann

und Dr. A. Weickmann, Patentanwälte,

München 2, Brunnstr. 8/9

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 25. März 1955

Walter Guy Roman, Pittsburgh, Pa.,

und Robert C. Robinson, Bridgeville Pa. (V. St. A.),

sind als Erfinder genannt worden

auch ungeeignet zur Gewährleistung einer genauen Einstellung des Antriebsgliedes (nämlich des erwähnten Außenrohres).

Die erfindungsgemäße Ausführung vermeidet diese Mangel. Sie ist außerordentlich einfach und gedrungen in der Bauweise; sie erfordert weniger Bauelemente als die bekannten Konstruktionen und gestattet eine genauere Einstellung der Gewindespindel.

Die Erfindung besteht darin, daß die Triebelemente an den einen Enden einer Vielzahl von an Punkten zwischen den Enden des Rotors an diesem radial verschwenkbar angelenkten Rotorarmen vorgesehen sind, daß die anderen Enden dieser Rotorarme mit Elektromagneten in Wechselwirkung arbeiten, welche die Rotorarme im Sinne des Eingriffes der Triebelemente in der Gewindespindel beeinflussen, und daß die Rotorarme unter der Einwirkung von Rückholkräften stehen, welche die Triebelemente bei fehlender Erregung der Elektromagnete aus der Gewindespindel ausrücken.

Die Gewindespindel kann durch eine zusätzliche Kraft beeinflußt sein, welche die Spindel in der Achsrichtung selbsttätig in eine Ausgangs- oder Siche-

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rungsstellung bewegt, wenn das Versorgungsnetz des Motors ausfällt.

Die Fig. 1 bis 9 zeigen Ausführungsbeispiele der Erfindung. Es stellt dar

Fig. 1 eine Ausführungs form im Längsschnitt,

Fig. 2 den Querschnitt nach Linie II-II zu Fig. 1, vergrößert,

Fig. 3 den Querschnitt nach Linie III-III zu Fig. 1, vergrößert,

Fig. 4 einen Teil von Fig. 1, vergrößert,

Fig. 5 einen Teillängsschnitt einer anderen Ausführungform des Spindelantriebes nach Fig. 1, vergrößert,

Fig. 6 die Stirnansicht zu Fig. 5 bei geschnittener Spindel,

Fig. 7 einen Teillängsschnitt einer dritten Ausführungsform des Spindelantriebes der Fig. 1, vergrößert,

Fig. 8 einen Längsschnitt einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,

windespindel kann ohne Schwierigkeit auf eine Anzeigevorrichtung übertragen werden, die das direkte Ablesen der Stellung der Gewindespindel gestattet.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 1 ist so gedacht, daß im Betrieb der Rotor, die aus- und einrückbare Triebmutter und die Gewindespindel in irgendein Medium (Flüssigkeit) tauchen, in welchem das Steuerglied arbeitet. Die Möglichkeit des Betriebes unter Eintauchen der genannten Teile in ein derartiges Medium ist wichtig, weil hierdurch die Notwendigkeit mechanischer Abdichtungen zum Isolieren der Motoreinheit von dem Medium in dem System ausgeschaltet wird. In Fällen, wo es sich um gefährliche oder explosible Medien handelt und ein Lecken gefährlich wäre, kann die erfmdungsgemäße Einrichtung vollständig gekapselt oder abgedichtet sein, um jedes Lecken auszuschließen.

Der rohrförmige Motorrahmen 10 und ein unterer

Gehäuseteil 12 der erfindungsgemäßen Vorrichtung

Fig. 9 den Längsschnitt einer dritten Ausführungs- 20 sind durch eine Schraubverbindung 13 vereinigt. Der form der Erfindung. Motorrahmen 10 hat an seinem unteren Ende, wo sich

Die Ausführungsform der Fig. 1 bis 4 umfaßt die Schraubverbindung 13 befindet, einen verstärkten einen langgestreckten, rohrförmigen Motorrahmen, Querschnitt. Dieser Querschnitt geht in einen vereine Statorwicklung und einen in dem Motorrahmen hältnismäßig dünnwandigen Teil 58 von gleichförmidrehbaren Rotor des Reluktanztyps. Der Rotor hat an 25 gern Querschnitt über. Das später zu beschreibende einem Ende einen erweiterten Teil, der eine Bohrung Statoraggregat 22 ist auf die Außenoberfläche des aufweist, durch welche eine Gewindespindel hin- Teiles 58 des Motorrahmens aufgesetzt. So dient dieser durchgeht; der Teil am anderen Ende des Rotors be- Teil 58 sowohl als Träger für den Stator wie auch als steht' aus einer Vielzahl von schwenkbar gelagerten Mittel zur Isolierung der Statorwicklungen gegenüber Armen. Zum Antrieb der Gewindespindel in der 30 dem Medium, in welchem die erfindungsgemäße Vor-Achsrichtung dient eine aus mehreren Sektoren zu- richtung arbeitet. Der Motorrahmen 10 erweitert sich samtnengesetzte aus- und einrückbare Mutter; die an dem oberen Ende des Statoraggregates22 zu einem Sektoren sind an dem einen Ende der schwenkbaren Teil von großer Wandstärke und verjüngt sich an-Rotorarme befestigt. Diese Arme sind federbelastet, schließend auf dem Rest seiner Länge in ein Rohr von derart, daß ihre Enden, an welchen die Muttersektoren 35 im wesentlichen gleichförmiger Stärke. Der Motorbefestigt sind, nach außen bewegt werden, wenn die rahmen 10 und das Gehäuse 12 sind im wesentlichen Statorwicklung nicht erregt ist; die Muttersektoren rohrförmig und vorzugsweise aus korrosionsfestem befinden sich dann außer Eingriff mit der Gewinde- Werkstoff, z. B. rostfreiem Stahl, hergestellt,
spindel. Wird die Statorwicklung erregt, dann be- Wenn das erfindungsgemäße Gerät in einem ge-

wegen sich die anderen Enden der Rotorarme, die 40 kapselten System ohne Leckverlust arbeiten soll, wird einen Teil des Reluktanzrotors darstellen, um ihre die Schraubverbindung 13 durch eine Schweißnaht 19 Schwenkpunkte nach außen mit der Folge, daß die abgedichtet. Diese Schweißnaht wird gebildet zwischen

Muttersektoren nach innen bewegt werden, hierbei in die Gewindespindel eingreifen und diese in der Achsrichtung des Rotors treiben.

Der Stator gemäß Fig. 1 kann eine Dreiphasenwicklung mit vier Polen aufweisen; ist der Netzstrom ein Dreiphasenwechselstrom, so dreht sich der Rotor synchron mit dem Netzstrom. Wenn die Frequenz des Dreiphasenwechselstromes verändert wird, läßt sich die Geschwindigkeit des Rotors und somit die Geschwindigkeit der Axialbewegung der Gewindespindel durch Steuerung der Frequenz genau regeln. Wenn die Gewindespindel in irgendeiner Stellung

zwei gekrümmten, konvergierenden Flanschen 14 und 16 des Motorrahmens 10 bzw. des unteren Gehäuseteiles 12; diese Flansche sind an ihren freien Enden bei 18 zusammengeschweißt. Der untere Gehäuseteil 12 ist direkt mit dem Ventilkörper oder einem anderen Gehäuse, welches das durch geeignete Mittel (nicht gezeichnete) zu betätigende Element enthält, verbunden.

Das Statoraggregat 22 sitzt auf der Außenoberfläche des Motorrahmens 10. Vor dem Aufschieben des Stator aggregates 22 auf den Motorrahmen wird ein ringförmiger Abstandhalter 20, der die Wicklungs-Halten gebracht werden soll, ist es lediglich erfor- ⁵⁵ köpfe an einem Ende des Stators umschließt und die derlich, die Frequenz der Stromquelle auf Null zu genaue Stellung des Statoraggregates auf dem Motorreduzieren bzw. den Stator so zu erregen, daß kein rahmen bestimmt, an der Stirnfläche des unteren Gerotierendes Magnetfeld entsteht. Wenn die Trieb- häuseteiles 12 in Stellung gebracht. Das Statoraggremutter von der Gewindespindel getrennt werden soll, gat besteht aus Lamellenpaketen 24 aus magnetischem ist es lediglich erforderlich, die Erregung der Stator- 6o Werkstoff, wie Eisen, die nach innen gerichtete wicklung zu unterbrechen; hierbei verursachen die die Nuten (nicht gezeichnet) aufweisen, in welche Statorschwenkbaren Rotorarme belastenden Federn das wicklungen eingefügt sind. Die Statorwicklumgen Ausrücken der Muttersektoren aus dem Eingriff mit haben Wicklungsköpfe 26 und 28, die an jedem Ende der Gewindespindel. des Statoraggregates 22 überstehen. Die Lamellen-

Die genaue Stellung der Gewindespindel und damit 65 pakete 24 sind durch geeignete Mittel, z. B. durch die Stellung des gesteuerten oder kontrollierten Verschweißung, an ihren Außenoberflächen vereinigt, Elementes ist stets bekannt, weil jede vollständige
Periode des Dreiphasennetzes einem bestimmten
Bruchteil einer Umdrehung der Triebmutter ent-

Ein dünnwandiges Metallrohr 25, vorzugsweise aus korrosionsfestem Werkstoff, wie nichtrostendem Stahl, ist über die Außenoberfläche der Statorlamellen geT

spricht. Dieses Verhältnis zwischen Netz und Ge- 70 schoben, wodurch das ,Statoraggregat zu einer ge-

Teil 58 ist so ausgebildet, daß er hohen Drücken in der Größenordnung von 140 kg/cm² wiedersteht, ohne daß zusätzliche Tragelemente erforderlich sind, Vorzugsweise wird ein Material verwendet, daß zwischen 40 und 60% der magnetischen Permeabilität von Siliziumstahl aufweist, so daß der elektrische Wirkungsgrad des Motors erhalten bleibt und die mechanische Festigkeit genügt, ohne Anwendung eigener Tragglieder hohen Drücken zu widerstehen. Es wurde

Festigkeit haben. So dient der Motorrahmen sowohl zur Isolierung der Statorwicklungen als auch als Träger der übrigen Motorteile.

Die Wartung des Stators und seiner Wicklungen kann vorgenommen werden, ohne daß es notwendig ist, die hermetische Abdichtung des Motorrahmens zu brechen, weil das Statoraggregat auf die Außenoberfläche des Motorrahmens aufgeschoben ist. Diese An-

schlossenen Einheit vervollständigt ist. Eine Schulter 30 am unteren Ende des Statoraggregates 22 stützt sich gegen die Stirnkante des ringförmigen Abstandhalters 20 und dient im Zusammenwirken mit letzterem zur genauen Fixierung der Stellung des S ta tor aggregates in axialer Richtung längs der Außenoberfläche des Motorrahmenteiles 10.

Ein zweiter rohrförmiger Teil 32, vorzugsweise
aus korrosionsfestem Werkstoff, wie rostfreiem Stahl,
ist über die Außenoberfläche des dünnwandigen io gefunden, daß gewisse rostfreie Stahle die gewünschten Rohres 25 geschoben. Zwischen dem rohrförmigen magnetischen Eigenschaften und die erforderliche Teil 32 und dem Rohr 25 ist durch zwei nach innen
vorspringende Rippen 29 und 31 an dem oberen und
unteren Ende der Innenoberfläche des Rohres 32 ein
Ringraum 33 gewahrt. Dieser ist an seinem unteren 15
Ende durch einen Dichtungsring 34 aus elastischem
Werkstoff, z. B. Chloroprenegummi, der in eine entsprechende Nut 35 an der Innenoberfläche des Rohres

32 paßt, abgedichtet. Das obere Ende des Rragraumes

33 ist durch einen Dichtungsring 36 ähnlichen Werk- 20 Ordnung ist, wenn das Medium in dem System von stoffes, der zwischen einem Flansch 37 des Rohres 32 gefährlicher oder explosiver Natur ist, insofern wich- und dem unteren Ende eines zweiten Abstandshalte- tig, als sie ein Entweichen des Mediums aus dem ringes 38 liegt, abgedichtet. System verhindert. Wenn es erforderlich ist, die Vor-

Durch den Ringraum 33 zirkuliert ein Kühlmittel richtung von dem System zu entfernen, dann kann die zum Zwecke der Kühlung des Statoraggregates in 25 Schweißnaht 19 mühelos aufgebrochen und der Motorsolchen Fällen, in welchen die erfindungsgemäße Vor- rahmen 10 von dem unteren Gehäuseteil 12 abgeschraubt richtung in einem Medium hoher Temperaturen
arbeitet. Der zweite Abstandshalterung 38 umschließt
die oberen Wicklungsköpfe 26 des Statoraggregates
und wird in Stellung gehalten durch eine Schulter 40 30
am unteren Ende des genannten Ringes, die gegen die
.Stirnfläche des S ta tor aggregates 22 abstützt. Das
komplette Statoraggregat wird durch ein zentrales, mit
Gewinde versehenes Gehäuse 44 abgeschlossen, das

in einen entsprechend verstärkten Teil des Motor- 35 einem Rohr 60, vorzugsweise aus magnetischem Werkrahmens 10 eingeschraubt ist. Ein nach außen vor- stoff, wie magnetischem, rostfreiem Stahl, und aus

schwenkbaren Armen 72 ähnlichen Werkstoffes. Das Rohr 60 hat einen erweiterten oberen Teil 59, der teilweise die vorspringenden Pole eines Rotors des Re-40 luktanztyps bildet. Der obere Teil 59 kann an seiner Oberfläche Längsnuten (nicht gezeichnet) aufweisen, zur Bildung der vorspringenden Pole. Diese sind vervollständigt durch die später zu beschreibenden Rotorarme 72. Das obere Ende des Rohres 60 (Fig. 4) ist des Motorrahmens 10 sind in geeigneten Abständen 45 in einem Kugellager 62 gelagert, dessen innerer Lauf-Versteifungsringe 48 vorgesehen, welche den Motor- ring auf einer Schulter 63 des Rohres 60 und dessen rahmen 10 und das obere Gehäuse 46 trennen und den äußerer Laufring auf einer Schulter 70 des Motor-Motorrahmen 10 zusätzlich versteifen. Der Ringraum rahmens 10 sitzt. Das Kugellager 62 ist in seiner zwischen dem Motorrahmen 10 und dem oberen Ge- Stellung nicht starr, sondern in der Längsrichtung häuse 46 ist an dem oberen Ende durch eine Gewinde- 50 des Motorrahmens 10 beweglich, um eine Dehnung kappe 50 geschlossen. Die Öffnung am oberen Ende oder Zusammenziehung des Rohres 60 zu ermöglichen, des Motorrahmens 10 ist durch einen Gewindestöpsel Zwischen den äußeren Laufring des Kugellagers 62 52 geschlossen, der, wenn die erfindungsgemäße Vor- und die Schulter 70 des Motorraibmens 10 ist eine richtung ohne jeden Leckverlust arbeiten soll, durch V-förmige flache Radialfeder 65 eingefügt, um eine eine kleine Schweißnaht 54 abgedichtet sein kann. Der 55 beschränkte Axialbewegung des Rohres 60 zu ermög-Gewindestöpsel 52 trägt einen vorspringenden Zapfen liehen. Das untere Ende des Rohres 60 ist in einem 56, der in den Motorrahmen 10 hineinragt und als Kugellager 64 gelagert. Der äußere Laufring des

werden. Dies ermöglicht dann die Entnahme des Motorrahmens 10 einschließlich der Gewindespindel und des Rotors aus dem übrigen Teil des Systems.

Das Rotoraggregat wird außerhalb des Motorrahmens zusammengesetzt und in den rohrförmigen Motorrahmen 10 eingeschoben, bevor die Verbindung zwischen dem Motorrahmen 10 und dem unteren Gehäuseteil 12 hergestellt ist. Der Rotor besteht aus

springender Flansch 43 des genannten Gehäuses 44 ruht auf der Stirnfläche des Ringes 38 und dient dazu, das Stator aggregat 22 gegen die Stirnfläche des Abstandshalterringes 20 zu drücken.

An dem Gehäuse 44 ist ein oberes Gehäuse 46 befestigt, und zwar durch Schrauben 47, welche Flansche 43 und 45 des zentralen Gehäuses 44 bzw. des oberen Gehäuses 46 durchgreifen. Längs der Außenoberfläche

Führung für eine Feder 120 dient, der es obliegt, die Gewindespindel bei nicht erregten Statorwindungen zu bewegen, wie später beschrieben wird.

Auf diese Weise erhalt man einen hermetisch abgedichteten Motorrahmen, der unmittelbar an ein anderes Gerät angesetzt werden kann. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann mit ihrem Rotor und der Spindel in

letzteren sitzt zwischen einer Schulter 67 des unteren Gehäuseteiles 12 und einer Schulter 69 des Rahmens 10. Der innere Laufring des Kugellagers 64 ist an einer Vielzahl von radial nach außen gerichteten Rippen 71 am unteren Ende des Rohres 60 durch bogenförmige Bügel 66 und Kopfschrauben 68, die in das untere Ende des Rohres 60 eingeschraubt sind,

das Medium, in welchem dieses Gerät arbeitet, ein- 65 befestigt. Die Bügel 66 dienen zur Halterung des tauchen, ohne daß die Gefahr des Entweichens dieses inneren Laufringes des Kugellagers 64 gegen einen Mediums besteht. Die Statorwicklungen des Gerätes
der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind gegenüber

dem Medium, in welches der Rotor eintaucht, durch

nach auswärts gerichteten radialen Flansch 73 am unteren Ende der Rippen 61 des Rohres 60.

Um den inneren Laufring des Kugellagers 64 sind

einen Teil 58 des Motorrahmens 10 isoliert. Dieser 70 die Rotorarme 72 (Fig. 1, 2 und 3) schwenkbar. Diese

Arme haben eine doppelte Aufgabe: Einmal dienen sie dazu, die Segmente der Triebmutter in Eingriff und außer Eingriff mit der Gewindespindel zu bringen; zum anderen bilden die gegenüberliegenden Enden dieser Rotorarme Teile der Rotorpole. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, ist der obere Teil der Rotorarme 72 so ausgebildet, daß er den vorspringenden Pol des erweiterten Teiles 59 des Rohres 60 vervollständigt und mit diesem vorspringenden Pol fluchtet. Jeder Rotorarm 72 hat einen oberen Teil, der im Querschnitt io kreissektorförmig ist und eine zentrale Ausnehmung 83 an der Außenseite aufweist. Auf diese Weise werden an jeder Seite des oberen Teiles Vorsprünge 85 gebildet. Die Form des oberen Teiles der Rotorarme 72 ist aus Fig. 3 ersichtlich.

Eine Kante 75 des inneren Lauf ringes des Kugellagers 64 dient als Schwenkpunkt für die Rotorarme 72. Jeder Rotorarm hat an seiner Außenoberfläche eine radiale Ausnehmung 74, von der eine Kante 77

[8]

Aufgabe, nämlich einmal die Aufgabe der Lagerung des Rotorrohres 60 und zum anderen die Aufgabe der Bildung des Schwerpunktes für die Rotorarme. Hierdurch wird die Konstruktion vereinfacht; sie erfor-5 dert weniger Bauteile und auch weniger Wartung, was von Wichtigkeit ist für eine Vorrichtung, die dazu bestimmt ist, in gefährlichen oder explosiven Medien zu arbeiten und bei der jede Wartung erhöhte Kosten verursacht.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, -werden, wenn der Stator erregt ist und die oberen Enden der Rotorarme 72 nach außen gegen den Stator verschwenkt sind, die unteren Enden der Rotorarme nach innen bewegt. Dies rührt her von dem durch den Stator aufgebauten 15 magnetischen Feld, das die aus magnetischem Werkstoff bestehenden Rotorarme anzieht. Durch das Ausschwenken der oberen Enden der Rotorarme bewegen sich die unteren Enden nach innen, und die Walzen 80 greifen in die Spindel 100 ein. Die Richtung und die als Drehpunkt um den Punkt 75 an dem inneren Lauf- 20 Geschwindigkeit der Spindel 100 können mühelos gering des Kugellagers 64 wirkt. Die Segmente der steuert werden durch Regelung der Frequenz und Triebmutter sind an den unteren Enden 78 der der Phasenfolge des Motorstromes. Wenn die Spindel schwenkbaren Rotorarme 72 befestigt. Gemäß der im irgendeiner Stellung angehalten werden soll, ist es Ausführungsform der Fig. 1 bestehen die Segmente lediglich erforderlich, die Netzfrequenz auf Null zu der Triebmutter aus vier Walzen 80 und 81', von 25 bringen und den Stator erregt zu halten. Das obere denen zwei, 80, je in geeigneten Abständen nach außen Ende der Schwenkarme 72 bleibt dann in der ausgerichtete radiale Flansche 92 aufweisen, die in die geschwenkten Stellung, und die Walzen 80 bleiben im Gewinde 102 der Spindel 100 eingreifen können. Die Eingriff mit der Gewindespindel. Soll die Gewindebeiden anderen Walzen 80' (Fig. 2) sind nicht in spindel in ihre untere Totpunktstellung übergeführt dieser Weise profiliert, das heißt mit radialen 30 werden, so braucht lediglich die Erregung der Stator-Flanschen versehen, sondern eben und wirken als wicklung unterbrochen zu werden. Geschieht dies, Führungsrollen. Die radialen Flansche 92 haben kon- dann bleiben die oberen Enden der Schwenkarme des vergierende Flanken, so daß sie mit genauem Paßsitz Rotors nicht mehr in der ausgeschwenkten Stellung; in die entsprechenden Gewindezüge 102 der Spindel die in Fig. 2 gezeigten Belastungsfedern der Schwenk-100 eingreifen. Die Walzen 80 und 80' bilden zugleich 35 arme bewirken das Ausrücken der Walzen 80 aus der den äußeren Laufring des Kugellagers, dessen innerer Gewindespindel 100. Letztere wird dann durch die Laufring aus. zwei Ringelementen 84 zusammenge- Feder 120 und ihr Gewicht unverzüglich in die untere setzt ist. Zwischen dem äußeren Laufring 80 und dem Totpunktstellung übergeführt. Der gleiche Vorgang inneren Laufring 84 sind Kugeln 82 angeordnet. Das spielt sich ab, wenn der Netzstrom ausfällt, da dies ganze System ist am Ende der verschwenkbaren 40 gleichbedeutend ist mit dem Stromloswerden· der Rotorarme durch eine Mutter 88 und eine Gegen- Statorwicklung. Es sei angenommen, daß die untere mutter 90 gesichert. An beiden Enden sind Beilag- Totpunktstellung der Gewindespindel die Schließscheiben 86 vorgesehen, so daß die Flansche 92 der oder Sicherheitsstellung für das Kontrollelement ist, Walzen 80 genau ausgerichtet werden können auf die welches die Gewindespindel einstellt. Die erfindungs-Gewindezüge 102 der Spindel 100. Selbstverständ- 45 gemäße Vorrichtung kann leicht dahin abgewandelt lieh können auch die Walzen 80' mit Flanschen 92 werden, daß die Gewindespindel in entgegengesetzter für den Eingriff in das Gewinde der Spindel aus- Richtung, also nach oben bewegt wird, wenn die gerüstet sein. Statorwicklung nicht erregt ist. Die Bewegung nach

Die oberen Enden der schwenkbaren Rotorarme abwärts ist vorzuziehen, weil hierbei die Schwerkraft werden an dem Rohr 60 durch vorstehende Zungen 81 50 zur Unterstützung der Bewegung der Gewindespindel dieser Arme gehalten. Jede dieser Zungen paßt in mit ausgenutzt werden kann.

eine ringförmige Ausnehmung 79 in dem erweiterten Der Ventilschaft, das Regelorgan oder eine andere

Teil 59 des Rohres 60. Die schwenkbaren Rotorarme Einrichtung, die in axialer Richtung bewegt werden 72 sind nächst ihren unteren Enden durch Federn be- soll, kann mit dem unteren Ende 110 der Gewindelastet, welche das Bestreben haben, die Mutter- 55 spindel auf irgendeine Art verbunden sein. Das ersegmente außer Eingriff mit der Gewindespindel zu weiterte obere Ende 116 der Spindel 100 (Fig. 1) behalten; in der Stellung der Fig. 2 greifen die Mutter- sitzt nach innen gerichtete Längsnuten 115, die in der Segmente in die Gewindespindel 100 ein. An den Achsrichtung durch Wechselwirkung mit nach außen Rotorarmen 72 sind mittels Kopf schrauben 106 die gerichteten Keilen oder Federn 118 des Motorrahmen-Stege U-förmiger Bügel 104 befestigt. Zwischen die 60 teiles 10 gleiten und die Gewindespindel gegen Drehung Schenkel 103 benachbarter Bügel 104 sind Druck- sichern. Infolge der Drehung des Rotors treibt daher federn 108 eingesetzt und gegen Herausfallen durch die eingerückte Mutter die Spindel in der Achsrichvorspringende Bolzen 105 an den Schenkeln 103 der tung, ohne daß sich die Spindel dreht. In einer AusBügel 104 gesichert. Diese Bolzen greifen lose in das nehmung am oberen Ende der Spindel 100 befindet Innere der zugehörigen Druckfedern 108 ein und 65 sich die schon erwähnte Feder 120, die einerseits halten die Federn, ohne deren Bewegungsfreiheit zu gegen eine Schulter 114 der Innenoberfläche der Ausbehindern, nehmung der Spindel 100, andererseits gegen das Somit dient ein und dasselbe Mittel sowohl zur obere Ende des Motorrahmens 10 abstützt und die Montage des Rotors wie zur Verankerung der Rotor- Spindel nach unten bewegt, wenn die Erregung des arme. Das untere Kugellager 64 erfüllt eine doppelte 70 Stators unterbrochen ist und die Mutter außer Ein-

griff mit der Gewindespindel steht. Das erweiterte Ende 116 der Spindel dient auch dazu, ein Austreten der Spindel aus dem Rohr 60 zu verhindern, wenn der Stator unerregt ist und die Spindel ihre tiefste Stellung einnimmt.

Die Fig. 5, 6 und 7 zeigen zwei Abwandlungen der aus- und einrückbaren, die Spindel 100 bewegenden Walzen 80. Gemäß Fig. S ist eine Kugel 132 zwischen zwei Kugeln 131 an einem Laufring 130 angeordnet; die Kugeln 131 werden durch einen Käfig 133 ge- ίο halten. Letzterer ist am unteren Ende des Rotorarmes 72' mit Hilfe von Kopfschrauben 134 befestigt, welche den Rotorarm 72' durchsetzen und in den Käfig 133 eingeschraubt sind. Dieser Käfig dient auch zur Halterung des Lauf ringes 130 (Fig. 5). Die Kugel 132 ist durch zwei Bügel 135 (Fig. 6) gesichert, wenn der Rotorarm 72' nach außen im Sinne des Ausrückens der Kugeln 132 aus der Spindel bewegt ist. Die Bügel 135 sind an dem Käfig 133 durch Kopfschrauben 136 befestigt. Um eine angemessene Größe der Kugeln 132 zu erhalten, ist die Spindel 100 der Fig. 1 gegen eine Spindel höherer Steigung ausgewechselt.

Gemäß Fig. 7 ist die Triebmutter der Fig. 1 ersetzt durch eine Mutter, die aus drehbar gelagerten Bolzen

140 und von diesen getragenen konischen Körpern

141 besteht. Diese greifen in das Gewinde der Spindel 100 ein und treiben diese in der Achsrichtung. Die Bolzen 140 sind in den zugehörigen Rotorarmen 72" durch Doppelkugellager 142 gelagert. Sie werden durch Federbügel 143, die in Ringnuten 145 am gegenüberliegenden Ende der Bolzen 140 einrasten, gesichert. Ein Bügel 146, der das Kugellager 142 hält, ist an dem Rotorarm 72" durch zwei kleine Kopfschrauben 144 befestigt. Tn den Fig. 5, 6 und 7 sind nur zwei der Rotorarme gezeigt; die übrigen, aus Fig. 1 ersichtlichen Rotorame können mit Walzen 80' versehen sein, wie oben beschrieben. Diese Walzen dienen als Führungsrollen der Spindel in genau derselben Weise, wie an Hand der Fig. 1 erläutert.

Tn beiden Ausführungsbeispielen der Fig. 5 bis 7 hat die Rollenmutter für jeden Rotorarm nur ein in die Gewindespindel eingreifendes Organ, wodurch die Ausrichtung dieses Organs auf die Gewindespindel wesentlich erleichtert wird. Die Walzen 80 gemäß Fig. 1 besitzen je zwei Rippen 92, was die Ausrichtung auf die Gewindespindel 100 so, daß jede Rippe ihren Belastungsanteil aufnimmt, erschwert.

Die Fig. 8 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung. Hierbei ist gegenüber dem Beispiel der Fig. 1 neu die Anordnung einer ringförmigen, elektromagnetischen Feldwicklung 160 zur Erzeugung des auf die Rotorarme 172 einwirkenden magnetischen Feldes an Stelle der Verwendung des magnetischen Feldes des Stators 22 der" Fig. 1.

Um den zur Unterbringung der Wicklung 160 erforderlichen Raum zu gewinnen, ist eine abweichende Ausführungsform des Motorrahmens 152 vorgesehen, der mit einem Rahmenteil 154 versehen ist. Demzufolge muß auch ein längerer Abstandshaltering 150 an Stelle des Ringes 20 der Fig. 1 für den Einschluß der unteren Endwindungen 28 der Statorwicklung vorgesehen sein, da dieser Ring 150 zugleich die Wicklung 160 mit einschließt. Ein Rotorrohr 156 ist durch Kugellager 62 und 64 in der-gleichen Weise gelagert wie das Rotorrohr 60 nach Fig. 1. Das Rohr 156 unterscheidet sich von letzterem dadurch, daß es einen Teil 158 aufweist, der größer ist als der entsprechende Teil 59 des Rohres 60. Dies ist ermöglicht durch Verlagerung der Rotorarme 172 aus der Nachbarschaft der Statorwicklungen 22. Der erweiterte Teil des Rotors 156 ist mindestens so lang wie das Blechpaket 24, dessen Länge wiederum abhängt von der geforderten Motorleistung.

Der gleichförmige Teil 158 des Rotorrohres 156 besitzt an seiner äußeren Oberfläche Längsnuten (nicht gezeichnet), welche die vorspringenden Pole dieser Ausführung bilden. Die Elektromagnetwicklung 160 befindet sich in einem Gehäuse 162, vorzugsweise aus Isoliermaterial, wie synthetischem Harz, und sitzt auf der Außenoberfläche des Motorrahmens 152 nächst dem oberen Ende der Rotorarme 172. An jedem Ende der Wicklung 160 sind Ringe 163, vorzugsweise aus magnetischem Material, wie Weicheisen, angeordnet, um das Magnetfeld und dadurch die auf die Rotorarrae 172 radial nach außen wirkende Kraft zu verstärken. Die übrigen Einzelheiten dieser Ausführung und die Art der Vereinigung der Verbindungsteile sind die gleichen, wie an Hand der Fig. 1 beschrieben; infolgedessen wurden in Fig. 8 für gleiche oder ähnliche Teile dieselben Bezugszeichen verwendet wie in Fig. 1, ohne Wiederholung der Beschreibung.

Diese Ausführungsform der Fig. 8 hat gegenüber jener der Fig. 1 mehrere Vorteile. Die Motoreinheit entwickelt ein größeres Drehmoment, und somit wird die Axialbewegung der Gewindespindel entsprechend kräftiger. Die Verstärkung des Drehmomentes ist auf den Umstand zurückzuführen, daß das Rotorrohr 156 in dem Magnetfeld des Stators 22 eine größere Masse an magnetischem Material aufweist. Diese Anordnung ist bei der Ausführungsform der Fig. 1 nicht möglich, weil die Rotorarme 172 in das Magnetfeld des Stators hineinragen müssen, um durch dieses Magnetfeld betätigt zu werden und die Verwendung eines Rotorrohres, ähnlich dem Rohr 156 der Fig. 8, zu vermeiden. Ein weiterer Vorteil ist die Fähigkeit des Einrückens und Ausrückens der Mutter in die Gewindespindel 100 bzw. aus derselben, ohne Rücksicht auf den Zustand der Erregung oder Nichterregung der Statorwicklung. Dies ist von Bedeutung, weil es hierdurch möglich ist, die Gewindespindel in irgendeiner Axialstellung zu stoppen, ohne daß die Statorwicklung erregt sein muß; dies führt wiederum zu einer beträchtlichen Verringerung der in den Statorlamellen 24 entwickelten Wärme. Die Ausführungsform der Fig. 8 spricht auch beim Ausfall der Netzleistung sicher an, weil die Elektromagnetwicklung 160 bezüglich der Betätigung des Rotorarmes in der gleichen Weise wirkt wie der Stator nach Fig. 1.

Die Ausführungsform der Fig. 9 unterscheidet sich von jener der Fig. 1 vor allem durch den Rotor insofern, als alle Pole des letzteren durch die schwenkbaren Rotorarme gebildet sind. Zwar ist bei einer Konstruktion nach Fig. 9 das von dem Motor gelieferte Drehmoment geringer; jedoch ist die die Rotorarme an den oberen Enden nach außen und an den unteren Enden nach innen bewegende Kraft erheblich verstärkt. Dieses ist zurückzuführen auf die größere Masse an magnetischem Material, aus dem die Rotorarme gefertigt sind, auf welche das magnetische Feld der Statorwicklungen wirkt. Die größere Längenausdehnung der Rotorarme hat aber auch infolge der längeren Hebelarme eine Steigerung der obenerwähnten radialen Kraft zur Folge. Im besonderen eignet sich diese Ausführungsform für Anwendungsfälle, in denen die erfindungsgemäße Einrichtung beträchtlichen Vibrationen oder plötzlichen Stoßen unterworfen ist; denn die vergrößerte radiale Kraft wird die Mutter sicher im Eingriff mit der Gewindespindel halten.

709 657/163

Der Stator bildet bei der Ausführungsform der Fig. 9 eine selbständige Einheit und ist in ein Außengehäuse202 eingefügt, statt auf die Außenoberfläche aufgeschoben zu sein wie in Fig. 1. Das Außengehäuse 202 ist an seinem unteren Ende 203 an den Ventilkörper oder eine andere, das einzustellende Glied enthaltende Apparatur (nicht gezeichnet) angeschlossen.

Das Statoraggregat 208 besteht aus einem rohrförmigen Statorgehäuse 204, das Statorlamellen 210., ähnlich den Lamellen 22 der Fig. 1, enthält. Die Statorlamellen liegen zwischen Endringen 214 und 216 und werden auf irgendeine Weise, z. B. durch Verschweiß ung, längs der Außenoberfläche der Lamellen 210 zusammengehalten. Die Wicklungsköpfe 212 an gegenüberliegenden Enden siaicl am oberen Ende durch einen zylindrischen Körper 218 und am unteren Ende durch einen zylindrischen Körper 220 verschlossen. Letzterer ist am unteren Ende des Statorgehäuses 204, beispielsweise durch "Verschweißung, befestigt, wie in Fig. 9 gezeigt. Der zylindrische Körper 218 ist am oberen Ende des Statorgehäuses 204 in ähnlicher Weise befestigt. Die Statorlamellen und die Wicklungen sind hermetisch in dem Statorgehäuse 204 durch dünnwandige Zylinder 222 abgeschlossen, die an beiden Enden mit den anschließenden, zylindrischen Körpern 218 und 220 verschweißt sind. Durch diese Anordnung sind die Statorwicklungen so isoliert, daß das in dem Ventil oder einer anderen das Steuerelement einschließenden Apparatur enthaltene Medium frei um den Rotor zirkulieren kann. Hierdurch wird die Notwendigkeit der Anbringung mechanischer Dichtungen zwischen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und der das Einstellglied enthaltenden Apparatur vermieden.

Ein Rotorrohr 228, ähnlich dem Rohr 60 der Fig. 1, ist in dem Statoraggregat durch Kugellager 229, 230 gelagert. Der äußere Laufring des oberen Kugellagers 229 sitzt gegen eine nach innen gerichtete Schulter an der Innenoberfläche der Verschlußkappe 224 und der inneren Laufring dieses Kugellagers gegen eine nach außen gerichtete Schulter am Ende des Rotorrohres 228. Der äußere Laufring des unteren Kugellagers 230 ist starr zwischen einer nach innen vorspringenden Schulter 232 der Innenoberfläche des zylindrischen Körpers 220 und einem flachen, ringförmigen Käfig 234 befestigt. Der Käfig 234 ist an dem Ringkörper 220 durch kleine Kopfschrauben gehalten. Der innere Laufring des Kugellagers 230 ist an dem Rotorrohr 228 in ähnlicher Weise befestigt wie gemäß Fig. 4 der innere Laufring des Kugellagers 64 an dem Rohr 60. Eine Vielzahl von Rotorarmen 240 ist an dem Rotorrohr 228 um eine Kante 248 des inneren Laufringes des Kugellagers 230 verschwenkbar gelagert. Die Teile der Rotorarme 240, die im Bereich der Statorwicklungen liegen, bilden die vorspringenden Pole des Rotors und haben die gleiche in Fig. 3 gezeigte Querschnittsform wie die Rotorarme 72 nach Fig. 1. Die Bewegungsfreiheit der Rotorarme 240 in radialer Richtung bei Erregung der Statorwicklungen ist durch schmale Zungen 242 an den oberen Enden begrenzt. Jede dieser Zungen greift in einen länglichen Radialschlitz 244 ein. Dieser Schlitz befindet sich in einem radialen Flansch 246, der von dem oberen Ende des Rotorrohres 228 nach außen ragt. In ähnlicher Weise wie gemäß Fig. 2 wird das obere Ende des Rotorarmes 240 durch eine Federbelastung 250 nach innen gegen das Rotorrohr bewegt, wenn die Statorwicklungen unerregt sind. Hierbei rücken die Triebrollen 252 aus der Gewindespindel 100 aus. Letztere entspricht jener der Fig. 1. Die Ausführung der ein- und ausrückbaren Mutter ist dieselbe wie jene der Walzen 80 nach Fig. 1.

Bei dieser Anordnung der Fig. 9 erstrecken sich die schwenkbaren Rotorarme über das ganze Statorfeld. Dadurch ergibt sich eine erhebliche Vergrößerung der auf die Rotorarme wirkenden Radialkraft und somit eine Verstärkung der die Mutter 252 mit der Gewindespindel 100 im Eingriff haltenden Kraft. Wie schon erwähnt, ist dies von Wichtigkeit, wenn die Vorrichtung Stoßen oder Vibrationen unterworfen ist, die das Lösen der Triebmutter aus der Gewindespindel bewirken können.

Wie ersichtlich, ist bei allen Ausführungsformen dafür gesorgt, daß, wenn die das Statoraggregat 22 und/oder die Elektromagnetwicklung 160 versorgende Netzleistung unterbrochen wird oder ausfällt, die Triebmutter außer Eingriff mit der Gewindespindel tritt und die Druckfeder 120 die Gewindespindel 100 augenblicklich in ihre untere Totpunktstellung bewegt. Diese untere Stellung kann als Sicherheitsstellung für das Gerät, dessen lineare Bewegung die erfindungsgemäße Vorrichtung bewirkt, bezeichnet werden. Bei Anwendung einer Niederfrequenz - Dreiphasen - Netzleitung kann eine genaue Anzeige der Stellung der Gewindespindel erhalten werden durch Aufrechterhaltung einer Aufzeichnung der Netzleistung. Wenn die Netzfrequenz variabel ist, können sowohl die Bewegungsgeschwindigkeit als auch die Bewegungsrichtung der Gewindespindel genau geregelt werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung setzt sich aus einem Minimum von Teilen zusammen; sie ist daher leicht herzustellen und bedarf verhältnismäßig geringer Wartung.

Claims (9)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Einrichtung zur Erzeugung einer linearen Antriebsbewegung, bei der der hohle Rotor eines Elektromotors über ein Triebelement auf eine mit der Motorachse koaxiale, gegen Verdrehung gesicherte, den Hohlraum des Motors durchsetzende Gewindespindel einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die Triebelemente (80) an den einen Enden (78) einer Vielzahl von an Punkten (77) zwischen den Enden des Rotors an diesem radial verschwenkbar angelenkten Rotorarmen (72) vorgesehen sind, daß die anderen Enden dieser Rotorarme mit Elektromagneten (24, 160) in Wechselwirkung arbeiten, welche die Rotorarme (72) im Sinne des Eingriffs der Triebelemente (80) in die Gewindespindel (100) beeinflussen, und daß die Rotorarme (72) unter der Einwirkung von Rückholkräften (104, 108) stehen, welche die Triebekmente (80) bei fehlender Erregung der Elektromagnete (24, 160) aus der Gewindespindel ausrücken.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine zusätzliche Kraft (120) zum Bewegen der Gewindespindel (100) in der Achsrichtung bei aus der Gewindespindel ausgerückten Triebelementen.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetische Steuerung der Rotorarme in Abhängigkeit vom elektromagnetischen Fluß des Stators (22, 108) erfolgt (Fig. 1 bis 9).

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einen Enden der Rotorarme (72, 240) im Bereich des Stators (22, 208) liegen und die anderen Enden die Triebelemente (80,

252) für die Gewindespindel tragen, derart, daß die ersterwähnten Enden bei Erregung des Stators nach außen bewegt und die an den anderen Enden angeordneten Triebelemente in die Gewindespindel eingerückt werden.

5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Triebelemente aus in einer entsprechenden Anzahl von Rotorarmen vorgesehenen Segmenten (80, 80') einer Gewindemutter bestehen.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Triebsegment eine drehbar gelagerte Walze (80) umfaßt, welche vorspringende Flansche (92) für den Eingriff in die Gewindespindel und damit für deren Antrieb in axialer Richtung trägt.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Trieborgan für die Gewindespindel aus einer Vielzahl Kugeln (131, 132) zusammengesetzt ist, die drehbar ge-

lagert sind, so daß sie um mindestens eine zur Achse der Gewindespindel senkrechte Achse rotieren (PIg. 5 und 6).

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Trieborgan für die Gewindespindel aus einer Vielzahl von Zylindern (140) besteht, die drehbar an den Rotorschwenkarmen so gelagert sind, daß sie um eine zur Achse der Gewindespindel senkrechte Achse rotieren (Fig. 7).

9. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Kraft für den Antrieb der Gewindespindel aus einer Druckfeder (120) besteht.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 296 316, 855 785;
britische Patentschrift Nr. 635 382;
USA.-Patentschriften Nr. 2 366 739, 2 438 545, 482 568.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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