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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Antrieb, insbesondere zum Einsatz bei niedrigen Temperaturen, mit einem Elektromotor, mittels dem eine Abtriebswelle antreibbar ist, und einer Steuereinheit für den Elektromotor.
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Ein Stell- oder Regelantrieb für Klappen oder Armaturen ist in der
EP 1 632 013 gezeigt. Dieser Antrieb kann in explosionsgefährdeten Umgebungen in Industrieanlagen der Chemie, Pharmazie oder der Gasförderung eingesetzt werden. Bei der Verwendung dieses Antriebs bei niedrigen Temperaturen besteht das Problem, dass die mechanischen Komponenten vereisen können und die Funktionsfähigkeit des Antriebes beeinträchtigt wird.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Antrieb zu schaffen, der auch bei sehr niedrigen Temperaturen eingesetzt werden kann.
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Diese Aufgabe wird mit einem Antrieb mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß umfasst der Antrieb einen Elektromotor und eine Steuereinheit mit mindestens einem Temperatursensor, wobei abhängig von der erfassten Temperatur über die Steuereinheit der Elektromotor zu Heizzwecken bestromt werden kann. Durch die Bestromung kann der Antrieb erwärmt werden, um ein Vereisen des Antriebs zu vermeiden. Dadurch lässt sich der Antrieb auch bei niedrigen Temperaturen einsetzen und bietet ein hohes Maß an Sicherheit.
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Vorzugsweise ist der Elektromotor beim Bestromen zu Heizzwecken stillstehend angeordnet. Bei einer Bewegung des Elektromotors wird dieser ohnehin erwärmt, so dass ein zusätzliches Bestromen zu Heizzwecken nicht notwendig ist. Die Stromaufnahme beim Heizen kann zwischen 0,5 W und 50 W, insbesondere zwischen 1 W bis 20 W, liegen. Die Stromaufnahme beim Betätigen des Elektromotors zu Antriebszwecken kann um ein Vielfaches darüber liegen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Antrieb ein Gehäuse auf, in dem ein Motorgehäuse mit dem Elektromotor angeordnet ist. Dadurch wird der Innenraum des Gehäuses über den Elektromotor beheizt. Der Temperatursensor ist vorzugsweise innerhalb des Motorgehäuses geschützt angeordnet. In dem Motorgehäuse kann dabei eine Leiterplatte der Steuereinheit mit einem Temperatursensor vorgesehen sein, so dass auch ein kompakter Aufbau möglich ist.
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Die Motorwelle kann ferner über ein Getriebe mit einer Abtriebswelle gekoppelt sein, so dass sein Elektromotor mit kleiner Leistung eingesetzt werden kann. Das Getriebe kann dabei eine Lastmomentsperre aufweisen und/oder auch einen Freilauf. Ferner kann der Antrieb einen Kraftspeicher spannen, beispielsweise in Form einer mechanischen Feder. Dadurch kann der Antrieb beispielsweise einen Mechanismus zum Schließen einer Klappe antreiben, die bei Bedarf schnell in die Schließposition gebracht werden kann. Die Kräfte hierfür können dann im Wesentlichen über den Kraftspeicher eingeleitet werden, der dann über den Elektromotor wieder gespannt werden kann.
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Vorzugsweise ist die Abtriebswelle als Hohlwelle ausgebildet, so dass der Antrieb eine im Wesentlichen geschlossene Einheit ausbildet, die geschützt in einem Gehäuse angeordnet ist. Ferner kann in dem Gehäuse mindestens ein Bedienelement zur Einstellung einer Stellzeit vorgesehen sein.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Antriebs;
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2 eine Schnittansicht durch den Elektromotor des Antriebs der 1;
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3 eine perspektivische Ansicht des Antriebs der 1 im Bereich einer Abtriebswelle, und
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4 eine perspektivische Ansicht des Getriebes im Inneren des Antriebs der 1.
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Ein Antrieb 40 umfasst ein aus mehreren Teilen gebildetes Gehäuse 41, in dem ein Elektromotor 1 mit einem Motorgehäuse angeordnet ist. In dem Gehäuse 41 sind ferner ein Kraftspeicher 42 in Form einer Feder sowie weitere Module 43, beispielsweise Steuerungselemente, angeordnet.
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An einer Stirnseite 44 des Gehäuses 41 sind Bedienelemente 45 vorgesehen, mittels denen eine Stellzeit eingestellt werden kann, in der ein mit dem Antrieb 40 verbundenes Bauteil verstellt wird, beispielsweise in welcher Zeit eine über den Antrieb 40 in einer Offenstellung gehaltene Klappe geschlossen wird. An der Stirnseite 44 ist ferner ein Anschluss 46 für eine Leitung vorgesehen. Ferner sind Anzeigeelemente 48 vorgesehen, beispielsweise für eine optische Statusanzeige.
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In 2 ist der Elektromotor 1 im Detail gezeigt. Der Elektromotor 1 umfasst ein Motorgehäuse mit einem topfförmigen Gehäuseteil 2 und einem weiteren zweiten topfförmigen Gehäuseteil 3. In dem Motorgehäuse sind ein Stator 4 und ein drehbarer Rotor 5 vorgesehen. Der Rotor 5 ist an seiner Innenseite an einer Rotornabe 6 gehalten, die drehfest auf einer Motorwelle 7 angeordnet ist. Die Motorwelle 7 ist an zwei voneinander beabstandeten Lagern 8 drehbar an dem Gehäuseteil 3 gelagert. Zwischen den beiden Lagern 8 ist eine hülsenförmige Flammsperre 12 angeordnet, so dass in diesem Bereich nur minimale Spaltmaße zwischen der Motorwelle 7 und der umgebenden Flammsperre 12 bzw. dem Gehäuseteil 3 vorgesehen sind.
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Die Gehäuseteile 2 und 3 sind vorzugsweise aus Aluminium hergestellt und weisen im Inneren Vorsprünge und Aufnahmen auf, so dass das Gasvolumen im Inneren des Motorgehäuses auf ein Minimum reduziert wird, vorzugsweise auf weniger als 10 % des Außenvolumens des Motorgehäuses. Dadurch kann das Gasvolumen weniger als 10 cm3, insbesondere weniger als 5 cm3 oder 2 cm3 sein.
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Das Gehäuseteil 2 umfasst einen Außenring 20, an dem mehrere nach außen hervorstehenden Heiz- oder Kühlrippen 21 vorgesehen sind. An der Innenseite weist der Außenring 20 ein Gewinde zur Verbindung mit dem zweiten Gehäuseteil 3 auf. An dem Außenring 20 ist eine radial nach innen gerichtete Stufe 22 vorgesehen, die einen Anschlag für eine Stirnseite einer Außenschale 30 des Gehäuseteils 3 bildet. Zudem wird ein äußerer Endabschnitt des Stators 4 an der Stufe 22 und der angrenzenden Außenschale 30 aufgenommen. Benachbart zu der Stufe 22 ist eine ringförmige, sich in axiale Richtung der Motorwelle 7 erstreckende Aufnahme 23 ausgebildet, in die der Stator 4 und der Rotor 5 mit einem Endabschnitt eingreifen. An dem Gehäuseteil 2 ist ferner eine topfförmige Aufnahme 24 zur Aufnahme eines Endabschnittes der Motorwelle 7 sowie einer Hülse 60 der Rotornabe 6 ausgebildet. Die Spalte zwischen dem Gehäuseteil 2 und dem Stator 4, dem Rotor 5, der Rotornabe 6 sowie der Motorwelle 7 sind vorzugsweise kleiner als 0,3 mm, insbesondere kleiner als 0,2 mm, und können beispielsweise in einem Bereich zwischen 0,02 mm und 0,1 mm liegen.
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In ähnlicher Weise besitzt das zweite Gehäuseteil 3 eine Außenschale 30, die mit einem Gewinde versehen ist und an der nach innen gewandten Seite mit dem Stator 4 verbunden ist. Das Gehäuseteil 3 besitzt einen nach außen gerichteten Befestigungsflansch 31, der benachbart zu einem stufenförmigen Zentrieransatz 32 angeordnet ist. In Inneren des Gehäuseteils 3 ist eine ring-förmige Aufnahme 33 für den Stator 4 ausgebildet. Benachbart zu der Aufnahme 33 ist eine Aufnahme 34 vorgesehen, an der der Rotor 5 mit einem äußeren Ring 62 der Rotornabe 6 aufgenommen ist. Benachbart zu der Motorwelle 7 ist an dem Gehäuseteil 3 ferner eine Aufnahme für ein Lager 8 benachbart zu der Rotornabe 6 vorgesehen, wobei ein zweites Lager 8 an einer Außenseite des Gehäuseteils 3 angeordnet ist. Zwischen den beiden Lagern 8 ist eine nicht näher dargestellte Hülse zur Ausbildung einer Flammsperre 12 vorgesehen, wobei im Bereich der Hülse die Spaltmaße äußerst gering sind, beispielsweise kleiner als 0,3 mm, um einen Funkenaustritt sicher zu vermeiden. Auch an dem Gehäuseteil 3 ist der Spalt zu dem Rotor 5, der Rotornabe 6 sowie der Motorwelle 7 möglichst gering bemessen, vorzugsweise kleiner als 1,5 mm.
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In dem Gehäuseteil 3 ist ferner an der ringförmigen Aufnahme 33 eine Leiterplatte 9 angeordnet, an der ein Hall- und Temperatursensor 10 sowie eine Isolierscheibe 11 vorgesehen sind. Die Leiterplatte 9 bildet einen Teil einer Steuereinheit aus und kann zur Steuerung des Elektromotors 1 eingesetzt werden, beispielsweise um den Elektromotor 1 bei Überschreiten einer vorbestimmten Temperatur auszuschalten oder ihn zum Beheizen einzuschalten.
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An der Außenseite des Gehäuseteils 3 ist ferner eine Zugentlastung 13 ausgebildet, mittels der ein Motorkabel 14 durch das Gehäuseteil 3 durchgeführt ist. Das Motorkabel 14 kann dabei an der Durchtrittsstelle abgedichtet sein, beispielsweise durch Gussmasse oder es kann eine explosionsgeschützte Kabeldurchführung eingesetzt werden.
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In 3 ist der Antrieb 40 gezeigt, bei dem an einem Ende des Gehäuses 41 eine Antriebswelle 50 in Form einer Hohlwelle drehbar gelagert ist. Die Antriebswelle 50 ist mit einem Abtriebsrad 53 gekoppelt, das eine Kulissenführung 54 aufweist. In der Kulissenführung 54 ist ein Anschlagbolzen 51 vorgesehen, der den Drehbereich des Abtriebsrades 53 begrenzt. Ferner ist in der Kulissenführung 54 ein Anschlag 52 vorgesehen, der aus einem elastischen Material hergestellt ist und somit auch eine gewisse Dämpfung bei Federrücklauf ermöglicht.
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An dem Gehäuse 41 ist ferner an einer Oberseite ein Anschluss 49 für eine Handverstellung vorgesehen, bei der ein in dem Gehäuse 41 angeordnetes Getriebe bewegt werden kann.
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In 4 sind die bewegten Teile des Antriebs 40 gezeigt. Über den Elektromotor 1 wird ein Rotor 4 gedreht, der über die Rotornabe 6 die Rotorwelle 7 antreibt. Die Motorwelle 7 ist über ein Motorritzel 57 mit einem Freilauf 58 eines Getriebes 59 verbunden. Das Getriebe 59 besteht aus einer Vielzahl von Zahnrädern, die eine Drehbewegung des Rotors 4 in eine Drehbewegung der Antriebswelle 50 mit unterschiedlicher Geschwindigkeit übersetzen. In dem Getriebe 59 ist ferner noch eine Lastmomentsperre 56 vorgesehen. Zudem wird über das Getriebe 59 der Kraftspeicher 42 betätigt. Das Getriebe 59 mit den einzelnen Zahnrädern ist an einer Platte 55 montiert, die innerhalb des Gehäuses 41 angeordnet ist. An dem Abtriebsrad 53 ist die Kulissenführung 54 mit dem Anschlagsbolzen 51 und dem Anschlag 52 erkennbar.
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Der Antrieb 40 wird insbesondere bei niedrigen Temperaturen, beispielsweise unter dem Gefrierpunkt, eingesetzt. Wird eine Minimaltemperatur unterschritten, wird dies von dem Temperatursensor 10 innerhalb des Motorgehäuses 2, 3 erfasst und an eine Steuereinheit weitergegeben. Dann wird der Elektromotor 1 zu Heizzwecken bestromt, wobei die Leistungsaufnahme des Elektromotors 1 beispielsweise in einem Bereich zwischen 0,5 W und 50 W liegt, so dass der Elektromotor 1 stillsteht, aber sich geringfügig erwärmt. Durch die Erwärmung des Elektromotors 1 und des Motorgehäuses 2 und 3 wird auch der Innenraum in dem Gehäuse 40 erwärmt, so dass ein Vereisen des Antriebs 40 oder eine Beschädigung durch zu niedrige Temperaturen verhindert werden können.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Temperatursensor 10 innerhalb des Elektromotors 1 angeordnet. Es ist natürlich auch möglich, den Temperatursensor nur innerhalb des Gehäuses 41, aber außerhalb des Elektromotors 1, vorzusehen. Zudem können mehrere Temperatursensoren an dem Antrieb 40 vorgesehen sein, mittels denen eine Bestromung des Elektromotors 1 zu Heizzwecken ermöglicht wird.
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Der Antrieb 40 umfasst neben dem Elektromotor 1 einen Freilauf 58, ein Getriebe 59 und einen Kraftspeicher 42 sowie eine Lastmomentsperre 56. Es ist natürlich möglich, den Antrieb 40 diesbezüglich zu modifizieren und eines oder mehrere der genannten Antriebsteile wegzulassen oder in einer anderen Ausgestaltung vorzusehen. Zudem kann der Antrieb 40 auch statt des Abtriebsrades 53, das nur in einem vorbestimmten Winkelbereich bewegbar ist, auch ein anderes Abtriebsrad 53 aufweisen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Elektromotor
- 2
- Gehäuseteil
- 3
- Gehäuseteil
- 4
- Stator
- 5
- Rotor
- 6
- Rotornabe
- 7
- Motorwelle
- 8
- Lager
- 9
- Leiterplatte
- 10
- Temperatursensor
- 11
- Isolierscheibe
- 12
- Flammsperre
- 13
- Zugentlastung
- 14
- Motorkabel
- 20
- Außenring
- 21
- Kühlrippe
- 22
- Stufe
- 23
- Aufnahme
- 24
- Aufnahme
- 25
- Gewinde
- 30
- Außenschale
- 31
- Befestigungsflansch
- 32
- Zentrieransatz
- 33
- Aufnahme
- 34
- Aufnahme
- 40
- Antrieb
- 41
- Gehäuse
- 42
- Kraftspeicher
- 43
- Modul
- 44
- Stirnseite
- 45
- Bedienelement
- 46
- Anschluss
- 49
- Anschluss
- 50
- Antriebswelle
- 51
- Anschlagbolzen
- 52
- Anschlag
- 53
- Abtriebsrad
- 54
- Kulissenführung
- 55
- Platte
- 56
- Lastmomentsperre
- 57
- Motorritzel
- 58
- Freilauf
- 59
- Getriebe
- 60
- Hülse
- 62
- Ring
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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