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Die
Erfindung betrifft langsamdrehende Antriebe, wie sie zum Beispiel
bei der sonnenstandsabhängigen
Nachführung
von Photovoltaikanlangen oder zur automatischen Bedienung von Rollläden und
Rolltoren Verwendung finden. Man findet sie auch bei der windrichtungsabhängigen Nachführung von
Windkraftanlagen und im Bereich von selbsttätig öffnenden und schließenden Türen, Toren,
Luken, Gewächshausbelüftungen
usw., sinnvollerweise immer dort, wo Drehbewegungen nur über einen
begrenzten Winkel erforderlich sind, sich umkehren und wiederholen.
Derartige Antriebe werden in der Regel mit Hilfe von elektrisch
angetriebenen Zahnradgetrieben realisiert, bei denen das Drehmoment
der abgehenden Welle direkt die Bewegung der zu bedienenden Elemente
bewirkt.
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Ein
großer
Nachteil dieser Systeme besteht darin, dass die Zahnräder der
Getriebe auch bei vermeintlichem Stillstand beispielsweise der Photovoltaikanlage
nicht unerheblich belastet werden, da in Abhängigkeit von den gerade vorherrschenden
Windverhältnissen
ständig
ein Drehmoment auf die Anlage ausgeübt wird, welches von den Zahnrädern des Getriebes
aufgefangen werden muss, um die Ausrichtung der Solarzellen zu sichern.
Dies führt
zu einer dauernden, ungleichmäßigen Belastung
der Zahnflanken und damit zu so genannten Stillstandsmarkierungen,
die schließlich
die Zerstörung
der Zähne
zur Folge haben können.
Dieser Erscheinung wird in der Regel dadurch entgegen gewirkt, dass
zusätzliche
Bremssysteme vorgesehen werden, die die Anlage fixieren.
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Bei
Rollladenantrieben wirkt das Eigengewicht der Rollläden je nach
dessen Öffnungsgrad
auf die Zahnräder
des Getriebes und erfordert daher eine angemessene Selbsthemmung,
die so ausgelegt sein muss, dass sie auch gegen ungefugtes Hochschieben
standhält.
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Ziel
der Erfindung ist es, einen Antrieb zu schaffen, der selbsthemmend
ist, also ohne zusätzliche
Bremsmittel auskommt, und der preiswert hergestellt werden kann.
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Grundelemente
dieser Neuerung sind zwei ineinander gesteckte, um die Längsachse
drehbare Rohre, eine Gewindespindel und einen Gleitzylinder mit
Innengewinde, dessen Durchmesser dem Innendurchmesser des inneren
Rohres und deren Gewinde dem Gewinde der Gewindespindel entspricht,
und die einen radial angeordneten Zapfen aufweist. Das Innenrohr
besitzt einen Längsschlitz
und das Außenrohr
einen wendelartig gefrästen
Schlitz, der den Mantel des Außenrohres
teilweise oder mehrmals umlaufen kann. Im Zentrum des Innenrohres
befindet sich die Gewindespindel mit der aufgeschraubten Zylinderscheibe.
Der Zapfen der Zylinderscheibe durchragt den Längsschlitz des Innenrohres
und den Wendelschlitz des Außenrohres
an der Stelle, an der die beiden Schlitze zur Deckung kommen. Der
Längsschlitz übernimmt
die Führung
des Zapfens, so dass bei Auf- und Abbewegung der Wendelschlitz dieser Bewegung
folgen muss. dies ist nur möglich,
wenn sich das Außenrohr
um das Innenrohr dreht.
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Die
axiale Bewegung des Gleitzylinders und damit des Radialzapfens wird
durch Drehen der Gewindespindel erreicht. Diese muss daher in Längsrichtung
im Innenrohr abgestützt
werden. Ebenso muss das Außenrohr
mit dem Wendelschlitz so angeordnet sein, dass es um das Innenrohr
drehbar ist, in Längsrichtung
relativ zum Innenrohr aber nicht verschoben werden kann.
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Die
Anzahl der möglichen
Drehungen des Außenrohres
ist abhängig
von der Länge
des Wendelschlitzes. Umläuft
dieser das Außenrohr
einmal, dann ist nur eine Umdrehung möglich usw. Die Geschwindigkeit,
mit der sich das Außenrohr
dreht, ist abhängig
von der Steigung des Wendelschlitzes und der Drehfrequenz der Gewindespindel.
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Es
ist leicht erkennbar, dass das Außenrohr das Element dieses
neuartigen Antriebes darstellt, das die Drehbewegung auf zu bewegende
Komponenten wie Solaranlagen, Rolläden, Türen usw. überträgt, während das Innenrohr eine festpositionierte tragende
Position übernimmt.
Der Antrieb der Gewindespindel kann von Hand oder zweckmäßigerweise durch
einen elektrischen oder anderen Antrieb erfolgen.
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Es
ist nicht zwingend erforderlich, dass das Innenrohr fest steht und
sich das Außenrohr
dreht. Ebenso können
die Funktionen vertauscht werden und es ist gleichfalls möglich, den
Wendelschlitz am Innen- und den Längsschlitz am Außenrohr
vorzusehen.
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In
Bild 1 ist die konstruktive Lösung
der Erfindung dargestellt. Das Innenrohr 1 weist einen
Längsschlitz 5 auf
und in seinem Innern befindet sich der in Längsrichtung bewegliche Gleitzylinder 7,
der auf die zentrisch gelagerte Gewindespindel 3 aufgeschraubt ist.
Die Gewindespindel 3 ist durch geeignete Axiallagerung 8 gegen
Längsverschiebung
gesichert.
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Das
Innenrohr 1 ist von einem Außenrohr 2 umschlossen,
das einen wendelartig verlaufenden Schlitz 4 aufweist,
der den Längsschlitz 5 des
Innenrohres 1 kreuzt. An dieser Stelle, an der Längsschlitz 5 und
Wendelschlitz 4 zur Deckung kommen, befindet sich ein Zapfen 6,
der in dem Gleitzylinder 7 radial befestigt ist und durch
den durch die Deckung der beiden Schlitze entstandenen Durchbruch
nach außen
ragt.
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Durch
Drehung der Gewindespindel 3 wird der Gleitzylinder 7 im
Innern des Innenrohres 1 in Längsrichtung verschoben und
mit ihm der Zapfen 6 in dem Längsschlitz 5. Da der
Zapfen 6 durch den Wendelschlitz 4 des Außenrohres 2 hindurch
ragt, wird zwangsläufig
eine Drehung des Außenrohres 2 um
das Innenrohr 1 herbeigeführt. Bewegt sich der Zapfen 6 zum
Beispiel nach oben, dreht sich das Außenrohr 2 von oben
auf die Stirnseite gesehen entgegen dem Uhrzeigersinn und umgekehrt.
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Das
funktionierende Zusammenspiel dieser Beuteile setzt natürlich voraus,
dass die Gewindespindel 3 im Innenrohr 1 in axialer
Richtung abgestützt
wird, beispielsweise durch ein Axiallager 8. Ebenso darf
das Außenrohr 2 auf
dem Innenrohr 1 nicht axial verschiebbar sein. Eine Axialbewegung nach
unten könnte
zum Beispiel durch einen mit dem Innenrohr 1 fest verbundenen
Stützring 9 oder
andere Elemente, die aus der Technik bekannt sind, verhindert werden.
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Es
ist natürlich
auch möglich,
das Außenrohr 2 gegen
Verdrehen zu fixieren, so dass sich bei Längsbewegung des Zapfens 6 das
Innenrohr dreht oder den Wendelschlitz 4 am Innenrohr 1 und
den Längsschlitz 5 am
Außenrohr 2 vorzusehen.
diese Variationen funktionieren gleichermaßen, da durch die Längsbewegung
des Zapfens 6 stets erzwungen wird, dass sich Längsschlitz 5 und
Wendelschlitz 4 am jeweiligen Ort des Zapfens 6 kreuzen.
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Diese
Erfindung ermöglicht
sehr hohe Übersetzungen
trotz des Einsatzes vergleichsweise weniger Bauteile. Hat zum Beispiel
die Gewindespindel 3 eine Steigung von 1 mm und der Wendelschlitz
eine Steigung von 400 mm bei einer Drehung von 360°, ergibt
sich eine Übersetzung
von i = 400. Ist wie z. B. bei der Sonnennachführung einer Photovoltaikanlage
nur eine Drehung des Wendelschlitzes 4 von 180° erforderlich,
beträgt
die Übersetzung
bei gleichem Höhenunterschied
zwischen Anfang und Ende des Wendelschlitzes bereits i = 800.
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Anstelle
der Kombination aus einem Längsschlitz,
einem Wendelschlitz und einem Zapfen ist es auch möglich, zwei
oder mehr parallel verlaufende Längs-
und Wendelschlitze mit der entsprechenden Zahl an Zapfen vorzusehen,
um eine gleichmäßigere Kräfteverteilung
zu ermöglichen.
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Der
beschriebene Wendelschlitzantrieb ist nicht geeignet für beliebig
viele Umdrehungen des treibenden Bauteils, beispielsweise des Außenrohres 2,
sondern nur für
Teilumdrehungen oder sehr wenige Umdrehungen. Trägt zum Beispiel das Außenrohr 2 eine
nachgeführte
Photovoltaikanlage, genügt
eine Drehung um einen Winkel von etwa 200°, da die Sonne bekanntlich im
Osten aufgeht und im Westen untergeht. Der Wendelschlitz muss in
diesem Fall lediglich gut den halben Umfang des Außenrohres überbrücken. In
anderen Anwendungsfällen
kann es durchaus sinnvoll sein, dass der Wendelschlitz das Außenrohr
ganz oder sogar mehrmals umläuft
und so eine oder mehrere Umdrehungen möglich sind.
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Ferner
ist die Erfindung in erster Linie sinnvoll anwendbar für Bewegungen,
die umkehrbar sein müssen
und sich wiederholen. Eine Photovoltaikanlage dreht sich zum Beispiel
tagsüber
von Osten nach Westen und muss anschließend wieder in die Anfangsstellung
zurück
gedreht werden. Eine Rolllade wird morgens hoch gedreht und abends
wieder herunter gelassen. Diese entgegen gesetzten Bewegungen werden
durch die Umkehrung der Drehbewegung der Gewindespindel erreicht.