-
Die
Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
-
Derartige
Antriebsvorrichtungen können
typischerweise als Schubspindelantriebe, Spindelhubantriebe und
dergleichen ausgebildet sein. Insbesondere kann die Antriebsvorrichtung
als Drehtorantrieb ausgebildet sein, bei welchem mittels eines als
Getriebemotor ausgebildeten Antriebs eine Spindel zum Schließen und Öffnen eines
Drehtores angetrieben wird. Derartige Drehtore, die zum Schließen von
Hofeinfahrten und dergleichen eingesetzt werden, weisen große Flächen in
der Größenordnung
von mehreren Quadratmetern auf. Dementsprechend bilden derartige
Tore große
Angriffsflächen
für den
Wind, durch welchen große
Kräfte
auf das Tor ausgeübt werden
können.
Auch durch externe Krafteinwirkungen an der Schließkante des
Tores können
sehr große
Kräfte
auf den Antrieb wirken.
-
Bei
Antriebsvorrichtungen dieser Art ist es bekannt, bei Auftreten von
derartigen Kräften
einen Notstopp durchzuführen,
um dadurch das Tor anzuhalten und damit gegebenenfalls gefahrbringende Torbewegungen
zu vermeiden. Beispielsweise bei Auftreten starker Windböen bleibt
das Tor dennoch den externen Kräften
weiter ausgesetzt. Diese Kräfte werden über das
Tor und die Spindel übertragen
und können
so zu Beschädigungen
des Antriebs führen.
-
Um
derartige Beschädigungen
zu vermeiden, wird der Antrieb auf die maximal auftretenden Kräfte ausgelegt.
Bei typischen Toren, insbesondere Drehtoren, entstehen äußerst hohe
Kräfte,
die typischerweise bis zu 50 kN betragen kön nen. Ein für diese Belastungen ausgelegter
Antrieb weist ein unerwünscht
hohes Bauvolumen auf und ist dementsprechend teuer in der Herstellung.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsvorrichtung der
eingangs genannten Art bereitzustellen, welche bei geringem Bauvolumen kostengünstig herstellbar
ist und gleichzeitig unempfindlich gegen extern einwirkende Kräfte ist.
-
Zur
Lösung
dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte
Ausführungsformen
und zweckmäßige Weiterbildungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
-
Die
erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung umfasst
eine von einem Antrieb angetriebene Spindel, welche zur Betätigung eines
Betätigungselements
dient. Es sind mit der Spindel fest verbundene Abstützmittel
vorgesehen, welche gegen eine Federlagerung bewegt werden können. Bei
Einwirken von einen vorgegebenen Maximalwert überschreitenden Kräften auf
die Spindel werden die Federlagerung eingefedert und die Abstützmittel
gegen einen stationären
Anschlag gedrückt.
Dadurch wird der Antrieb von diesen Kräften entkoppelt.
-
Bei
der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung
werden somit die Komponenten des Antriebs wirksam und zuverlässig gegen
am Betätigungselement
angreifende externe Kräfte
geschützt.
-
Das
mechanische Schutzprinzip der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung beruht
darauf, dass deren Spindel durch die Federlagerung in axialer Richtung
beweglich ist. Die Federkräfte
der Federlagerung sind dabei so ausgelegt, dass bei Auftreten von
externen Kräften
auf das Betätigungselement und
damit die Spindel, die oberhalb eines bestimmten Maximalwerts liegen,
ein Einfedern der Federlagerung erfolgt, wodurch ein Abstützmittel
gegen einen Anschlag gedrückt
wird. Durch die kraftschlüssige
Verbindung des Abstützmittels
am Anschlag werden die wirkenden externen Kräfte über den Anschlag als statio närer Bestandteil
der Antriebsvorrichtung abgeleitet und wirken somit nicht mehr auf die
Komponenten des Antriebs ein, so dass dieser gegen Beschädigungen
geschützt
ist. Der Anschlag ist vorteilhaft Bestandteil eines Gehäuses, in
welchem das Lager mit der Federlagerung integriert ist. Dieses Gehäuse weist
die erforderliche Stabilität
auf, um die vollständige
Ableitung der externen Kräfte
zu bewerkstelligen, ohne dass dieses dadurch selbst beschädigt wird.
Da das zur Aufnahme von Komponenten der Antriebsvorrichtung benötigte Gehäuse zur
Ausbildung der Anschläge
für die
Abstützmittel mitgenutzt
werden kann, weist die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung einen
kostengünstigen
und kompakten Aufbau auf. Dieser Vorteil wird dadurch noch verstärkt, dass
die Abstützmittel
in Form von an der Spindel anbringbaren Stützscheiben einfach und kostengünstig herstellbar
sind.
-
Ein
wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung besteht
darin, dass bei dieser sowohl ein Schutz gegen Schubkräfte als
auch gegen Zugkräfte,
die auf die Spindel wirken, erzielt wird. Dies wird in einer besonders
vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung dadurch erreicht, dass das Lager, in welchem die Spindel
drehbar gelagert ist, in Längsrichtung
der Spindel zwischen zwei die Federlagerung bildenden Federpaketen
gelagert ist. Durch diese symmetrische beidseitige Federlagerung
des Lagers ist die Spindel gleichermaßen bei Auftreten von Schub-
und Zugkräften
in beiden Längsrichtungen
beweglich gelagert. Entsprechend der beidseitigen Federlagerung
sind als Abstützmittel auch
zwei mit der Spindel fest verbundene Stützscheiben vorgesehen, die
jeweils gegen einen separaten Anschlag führbar sind. Die Anschläge sind
besonders vorteilhaft von den Stirnseiten des Gehäuses gebildet.
Die Komponenten dieser mechanischen Schutzvorrichtung sind bevorzugt
symmetrisch bezüglich
einer Symmetrieebene senkrecht zur Spindellängsachse ausgebildet, so dass
externe Schub- und Zugkräfte
in identischer Weise zum Schutz des Antriebs über das Gehäuse abgeleitet werden können.
-
Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung
besteht darin, dass bei Einfedern der Federlagerung die Abstützmittel reibschlüssig auf
den Anschlägen
aufliegen. Dadurch wird auch ein unerwünschtes Übertragen von Drehmomenten
von der Spindel auf die Komponenten des Antriebs bei Auftreten einer
mechanischen Überlastsituation
vermieden.
-
Da
bei der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung
sowohl auftretende Schubkräfte
als auch Zugkräfte,
die über
einem vorgegebenen Maximalwert liegen, über stationäre Komponenten der Antriebsvorrichtung
abgeleitet werden können
und somit nicht auf die Komponenten des Antriebs wirken, muss der
Antrieb nicht mehr auf die maximal auftretenden Kräfte ausgelegt
werden, sondern kann durch geeignete Vorgabe des Maximalwertes,
das heißt, durch
eine geeignete Dimensionierung der Federkräfte der Federlagerung auf seine
Nennleistung auslegt werden. Für
den Fall, dass die Antriebsvorrichtung zur Betätigung von Drehtoren oder dergleichen
eingesetzt wird, bedeutet dies eine Reduzierung der maximalen Kräfte, auf
welche der Antrieb ausgelegt werden muss, um bis zu einer Zehnerpotenz.
Dementsprechend kann das Bauvolumen des Antriebs erheblich reduziert
werden, was zu einer signifikanten Reduzierung der Herstellkosten
der Antriebsvorrichtung führt.
-
Mit
der auf diese Weise ausgelegten Antriebsvorrichtung wird diese in
ihrem Normalbetrieb zur Betätigung
des Betätigungselements,
insbesondere zum Öffnen
und Schließen
eines Drehtores betrieben. Bei Auftreten von das Nennmoment des
Antriebs überschreitenden
Drehmomenten erfolgt aus Sicherheitsgründen ein Notstopp, der im Fall
eines Betätigungselementes
in Form eines Drehtors zum Anhalten des Drehtors führt. Wirken
dann, beispielsweise infolge von Windböen, externe Schub- oder Zugkräfte auf
das Drehtor und damit auf die Spindel, die oberhalb des durch die
Federlagerung vorgegebenen Maximalwerts liegen, der bevorzugt näherungsweise
der Nennkraft des Antriebs entspricht, so spricht die erfindungsgemäße Überlastrichtung
durch Einfedern der Federlagerung an. Dadurch liegt ein Abstützmittel
an einem Anschlag und führt über diesen
die externen Kräfte
ab.
-
In
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist dabei das Haltemoment
des Antriebs signifikant größer als
dessen Nennmoment. Das Haltemoment definiert dabei die Selbsthemmung
des Antriebs, das heißt,
es definiert den Grenzwert eines externen Drehmoments, bei welchem
der im Stillstand befindliche Antrieb wieder anläuft und zu drehen beginnt.
Durch die erfindungsgemäße Dimensionierung
in der Weise, dass das Haltemoment signifikant größer als
das Nennmoment des Antriebs ist, welches gleichzeitig dem durch
die Federlagerung vorgegebenen Maximalwert entspricht, ist gewährleistet,
dass bei Auftreten externer Schubkräfte oder Zugkräfte das
Abstützmittel
gegen den Anschlag gedrückt
wird, wodurch der Antrieb gesichert und geschützt ist, bevor das Haltemoment
des Antriebs überschritten
wird. Mit der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung
wird somit sicher ein unerwünschtes,
eventuell sogar gefahrbringendes Rückwärtslaufen des in den Notstopp
versetzen Antriebs bei Auftreten von externen Kräften vermieden.
-
Der
Erfindung wird im Folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels
erläutert.
-
Die
Zeichnung zeigt eine Antriebsvorrichtung 1, mittels derer
als Betätigungselement
ein nicht dargestelltes Drehtor geöffnet und geschlossen wird.
Die Antriebsvorrichtung 1 umfasst einen als Getriebemotor
ausgebildeten elektrischen Antrieb, der in einem Motorgehäuse 2 integriert
ist. Das Motorgehäuse 2 ist
an einer Konsole gelagert, die aus Stangenelementen 3 besteht,
die an einer Grundplatte 4 fixiert sind. An dem Boden der
Grundplatte 4 mündet
ein Anbaustück 5 aus
Stahl aus, mittels dessen die Antriebsvorrichtung 1 an
einem Pfosten eines Tores oder dergleichen befestigt wird.
-
Mit
dem Antrieb wird eine als Gewindespindel ausgebildete Spindel 6 angetrieben.
Dabei wird die Spindel 6 mittels des Antriebs in eine Drehbewegung
um ihre Längsachse
versetzt. Je nach Drehrichtung der Spindel 6 wird das Drehtor
geöffnet
oder geschlossen. Parallel zu der angetriebenen Spindel 6 verläuft eine
weitere Gewindespindel 7, auf welcher ein Endschalter 8 zur
Endlagenkontrolle des Drehtors angebracht ist.
-
Der
Antrieb ist über
eine Kupplung 9 an die Spindel 6 gekoppelt. Alternativ
kann eine formschlüssige,
feste Ankopplung der Spindel 6 an den Antrieb vorgesehen
sein. Die Kupplung 9 umfasst eine Kupplungsglocke 10,
die auf einem am Motorgehäuse 2 ausmündenden
Wellensegment 11 aufsitzt. Hierzu weist die Kupplungsglocke 10 eine
zentrale Bohrung auf, in welcher das Wellensegment 11 geführt ist.
In das freie Ende des Wellensegments ist eine Schraube 11a mit
einer Unterlagenscheibe 11b eingeschraubt. Diese Schraube 11a dient
zur Lagesicherung der Kupplung 9 am Wellensegment 11.
An der Kupplungsglocke 10 ist ein Hebel 12 gelagert.
Durch Schwenken des Hebels 12 kann die Kupplungsglocke 10 auf
dem Wellensegment 11 in dessen Längsrichtung bewegt werden.
Als weitere Komponente weist die Kupplung 9 einen Kupplungsträger 13 auf, auf
welchem ein Reibbelag 14 befestigt ist. Durch Betätigen des
Hebels 12 kann die Kupplung 9 geöffnet werden.
Hierzu wird der Hebel 12 so geschwenkt, dass ein Auskuppeln
der Kupplung 9 erfolgt, das heißt, die Kupplungsglocke 10 wird
mit dem Motorgehäuse 2 in
negativer x-Richtung bewegt, so dass diese nicht mehr in Eingriff
mit dem Reibbelag 14 ist. Das Schließen der Kupplung 9 erfolgt über Federn
F, die die Kupplungsglocke 10 gegen den Kupplungsträger 13 mit
dem Reibbelag 14 drücken.
-
Die
Spindel 6 ist in einem als Kugellager 15 ausgebildeten
Lager drehbar gelagert. Das Kugellager 15 ist in einem
ein Lagergehäuse 16 bildendes Gehäuse integriert.
Wie aus der Zeichnung ersichtlich, weist das Lagergehäuse 16 eine
in axialer Richtung verlaufende zentrale Bohrung auf, in welcher
die Spindel 6 geführt
ist. Das Lagergehäuse 16 ist
fest mit der Konsole verbunden und bildet so eine an dieser stationär gelagerte
Einheit. Das Lagergehäuse 16 weist
einen in Umfangsrichtung verlaufenden Gehäusemantel 17 und an
seinen Stirnseiten ebene Gehäusewände 18a,
b auf. Die stirnseitigen Gehäusewände 18a,
b verlaufen jeweils in einer senkrecht zur Längsachse der Spindel 6 orientierten
Ebene.
-
Am
längsseitigen
Ende der Spindel 6 ist ein Freiraum 19 vorgesehen,
in welchen eine Kontermutter zur zusätzlichen Sicherung der Spindel 6 eingebracht
werden kann. An die dem Motorgehäuse 2 abgewandte
Stirnseite des Lagergehäuses 16 schließt ein weiteres
Gehäuseelement 20 an,
welches in axialer Richtung von der Spindel 6 und der Gewindespindel 7 durchsetzt
wird. In dem Gehäuseelement 20 befindet
sich der Endschalter.
-
Wie
aus der Zeichnung ersichtlich, ist das Kugellager 15 in
dessen axialer Richtung zwischen zwei eine Federlagerung bildenden
Federpaketen 21a, b gelagert. Dabei ist jedes Federpaket 21a,
b zwischen einer Stirnseite des Kugellagers 15 und der Innenseite
einer stirnseitigen Gehäusewand 18a,
b des Lagergehäuses 16 gelagert.
Durch diese Federlagerung ist die Spindel 6 in axialer
Richtung beweglich im Lagergehäuse 16 gelagert.
-
Dabei
sind an der Spindel 6 zwei Stützscheiben 22a, b
angeschraubt. Jede Stützscheibe 22a,
b weist einen Schaft 23a, b auf, der eine kreiszylindrische
Bohrung aufweist, die von der Spindel 6 durchsetzt wird.
Mit dem jeweiligen Schaft 23a, b ist die Stützscheibe 22a,
b an die Spindel 6 angeschraubt. An dem Schaft 23a,
b jeder Stützscheibe 22a,
b schließt
ein Kreisscheibensegment 24a, b an, welches einen weiteren
Bestandteil der jeweiligen Stützscheibe 22a,
b bildet. Die Kreisscheibensegmente 24a, b verlaufen jeweils
in senkrecht zur Längsachse der
Spindel 6 orientierten Ebenen. In der Zeichnung ist die
Position der Spindel 6 ohne externe Kraftbeeinflussung
dargestellt. In diesem Zustand liegen die Kreisscheibensegmente 24a,
b der Stützscheiben 22a,
b jeweils in geringem Abstand zu den ebenen Außenseiten der stirnseitigen
Gehäusewände 18a,
b des Lagergehäuses 16.
Wie aus der Zeichnung weiter ersichtlich, weist der Schaft 23a,
b jeder Stützscheibe 22a,
b eine Schulter 25a, b auf. Diese Schultern 25a,
b bilden Anlageflächen
mit welchen jeweils ein Schaft 23a, b einer Stützscheibe 22a,
b an einer Stirnseite des Kugellagers 15 anliegt. Bezüglich der Ausbildung
der Anlageflächen
der Kreisscheibensegmente 24a, b an den Gehäusewänden 18a,
b und der Ausbildung der Schäfte 23a,
b sind die Stützscheiben 22a,
b identisch ausgebildet und bilden mit dem Federpaket 21a, b
und dem Kugellager 15 eine zur Äquatorialebene des Lagergehäuses 16 spiegelsymmetrische
Anordnung. Zusätzlich
ist an der dem Motorgehäuse 2 zugewandte
Stützscheibe 22a der Kupplungsträger 13 vorgesehen,
der einstückig
mit dieser ausgebildet ist.
-
Die
mit der Federlagerung zusammenwirkenden Stützscheiben 22a, b
sowie die als Anschläge
für die
Stützscheiben 22a,
b dienenden stirnseitigen Gehäusewände 18a,
b des Lagergehäuses 16 bilden
eine mechanische Überlastsicherung,
die bei auftretenden externen Schub- oder Zugkräften auf die Spindel 6 eine
Beschädigung
des Antriebs vermeidet.
-
Die
mechanische Schutzeinrichtung spricht an, wenn die auf die Spindel 6 wirkenden
Zugkräfte oder
Schubkräfte
einen durch die Dimensionierung der Federpakete 21a, b
vorgegebenen Maximalwert überschreiten.
Da die Federpakete 21a, beidseits des Kugellagers 15 im
vorliegenden Fall identisch ausgebildet sind, ist der Maximalwert
für auftretende Schubkräfte und
Zugkräfte
gleich groß.
Der Maximalwert ist an die Nennkraft des Antriebs angepasst. Der als
Getriebemotor ausgebildete Antrieb weist ein Haltemoment auf, welches
signifikant oberhalb seines Nennmoments liegt.
-
Im
regulären
Betrieb der Antriebsvorrichtung 1 wird durch den Antrieb
die Spindel 6 in eine Drehbewegung versetzt, wodurch das
Drehtor geöffnet oder
geschlossen wird. Dabei liegen die Stützscheiben 22a, b
mit ihren Kreisscheibensegmenten 24a, b in Abstand zu den
stirnseitigen Gehäusewänden 18a,
b des Lagergehäuses 16,
so dass die Spindel 6 durch den Antrieb gedreht werden
kann.
-
Bei
Auftreten einer Kraft auf das Drehtor und die Spindel 6,
die die Nennkraft des Antriebs übersteigt,
wird zur Vermeidung von Gefahrensituationen ein Stopp durchgeführt, das
heißt,
der Antrieb wird gestoppt und das Drehtor wird angehalten. Durch Windböen und dergleichen
können
gerade auch bei stillstehendem Drehtor erhebliche Kräfte auf
das Drehtor und damit auf die Spindel 6 wirken. Bei Einwirken
derartiger Zug- oder Schubkräfte
auf die Spindel 6 setzt die mechanische Schutzeinrichtung
zum Schutz der Komponenten des Antriebs ein.
-
Die
Funktionsweise dieser Schutzeinrichtung wird zunächst für den Fall von auf die Spindel 6 einwirkenden
Zugkräften
erläutert.
Diese Zugkräfte wirken
bei der in der Zeichnung dargestellten Anordnung in positiver x-Richtung.
Durch diese Zugkräfte wird
eine Axialbewegung der Spindel 6 in positiver x-Richtung bewirkt.
Durch diese Bewegung der Spindel 6 drückt die Schulter 25a der
Stützscheibe 22a gegen
das Kugellager 15, wodurch das in Kraftrichtung dahinter
liegende Federpaket 21b eingefedert wird. Durch die Einfederung
des Federpakets 21b wird die Stützscheibe 22a mit
ihrem Kreisscheibensegment 24a gegen die Gehäusewand 18a als
Anschlag gedrückt.
Dadurch entsteht eine kraft- und reibschlüssige Verbindung zwischen der
Stützscheibe 22a und
der Gehäusewand 18a.
Dies führt
dazu, dass die auftretenden Zugkräfte nicht auf die Komponenten
des Antriebs übertragen
werden, sondern über
das Lagergehäuse 16 und
die Konsole abgeleitet werden. Der Antrieb wird somit gegen die
auftretenden Zugkräfte
vollständig
geschützt.
Da die Stützscheibe 22a reibschlüssig auf
der den Anschlag bildenden Gehäusewand 18a aufliegt,
wird auch ein Übertragen
von Drehmomenten auf den Antrieb vermieden.
-
Da
das Haltemoment des Antriebs signifikant größer als dessen Nennmoment ist,
an welches auch der durch die Federpakete 21a, b vorgegebene
Maximalwert angepasst ist, ist gewährleistet, dass die Stützscheibe 22a bereits
bei Drehmomenten weit unterhalb des Haltemoments gesichert an dem
von der Gehäusewand 18a gebildeten
Anschlag anliegt. Die so ausgebildete kraftschlüssige Verbindung zwischen Stützscheibe 22a und
dem Anschlag am Lagergehäuse 16 verhindert
damit auch ein ungewolltes Anlaufen des Antriebs, da die auftretenden
externen Drehmomente nie das die Selbsthemmung des Antriebs definierende
Haltemoment überschreiten können.
-
Bei
Auftreten von in negativer x-Richtung wirkenden Schubkräften wird
die Spindel 6 entsprechend in negativer x-Richtung verschoben.
Dadurch übt
die Schulter 25b des Schafts 23b der Stützscheibe 22b eine
Kraft auf das Kugellager 15 aus, wodurch in diesem Fall
das Federpaket 21a eingefedert wird. Durch das Einfedern
des Federpakets 21a wird in diesem Fall die Stützscheibe 22b mit
dem Kreisscheibensegment 24b gegen den von der Gehäusewand 18b gebildeten
Anschlag gedrückt,
wodurch wiederum die wirkenden Kräfte über das Lagergehäuse 16 und
die Konsole abgeleitet werden und die Komponenten des Antriebs gegen
die wirkenden Kräfte
abgeschirmt werden.
-
- 1
- Antriebsvorrichtung
- 2
- Motorgehäuse
- 3
- tangenelement
- 4
- Grundplatte
- 5
- Anbaustück
- 6
- Spindel
- 7
- Gewindespindel
- 8
- Endschalter
- 9
- Kupplung
- 10
- Kupplungsglocke
- 11
- Wellensegment
- 11a
- Schraube
- 11b
- Unterlagenscheibe
- 12
- Hebel
- 13
- Kupplungsträger
- 14
- Reibbelag
- 15
- Kugellager
- 16
- Lagergehäuse
- 17
- Gehäusemantel
- 18a
- Gehäusewand
- 18b
- Gehäusewand
- 19
- Freiraum
- 20
- Gehäuseelement
- 21a
- Federpaket
- 21b
- Federpaket
- 22a
- Stützscheibe
- 22b
- Stützscheibe
- 23a
- Schaft
- 23b
- Schaft
- 24a
- Kreisscheibensegment
- 24b
- Kreisscheibensegment
- 25a
- Schulter
- 25b
- Schulter