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Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung, insbesondere einen Ventilantrieb, umfassend eine Spindel und eine Antriebseinheit, die ausgebildet ist, die Spindel anzutreiben, um die Spindel entlang eines Bewegungswegs zu bewegen, wobei die Spindel selbsthemmend ausgeführt ist, so dass die Spindel bei deaktivierter Antriebseinheit in Richtung des Bewegungswegs mechanisch fixiert ist.
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Die Antriebsvorrichtung ist vorzugsweise als Linearantrieb ausgeführt. Die Antriebseinheit umfasst insbesondere einen elektrischen Antrieb, vorzugsweise einen elektrischen Drehantrieb. Zweckmäßigerweise stellt die Antriebseinheit eine Drehbewegung bereit, die aufgrund einer Gewindekopplung zwischen der Spindel und der Antriebseinheit zu einer Bewegung der Spindel entlang des Bewegungswegs, insbesondere einer translatorischen Bewegung der Spindel, führt.
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Die Selbsthemmung der Spindel wird insbesondere durch Haftreibung erzielt, zweckmäßigerweise zwischen einem Gewinde der Spindel und einem Gewinde der Antriebseinheit. Zweckmäßigerweise sind die Neigungswinkel des Gewindes der Spindel und des Gewindes der Antriebseinheit so ausgelegt, dass die Spindel selbsthemmend ist. Aufgrund der Selbsthemmung ist es bei deaktivierter Antriebseinheit nicht möglich, die Spindel durch eine in Richtung des Bewegungswegs wirkende, externe Kraft auf die Spindel entlang des Bewegungswegs zu bewegen.
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Durch die beschriebene Ausführung der Spindel als selbsthemmende Spindel kann der Vorteil erzielt werden, dass die Spindel eine gewünschte Position entlang des Bewegungswegs halten kann, ohne dass die Antriebseinheit hierfür aktiviert werden muss - also auf energieeffiziente Art und Weise.
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Für bestimmte Anwendungen und/oder bei bestimmten Vorgängen kann es von Vorteil sein, wenn die Spindel durch Aufbringung einer externen Kraft - also einer Kraft, die nicht von der Antriebseinheit und/oder nicht von der Antriebsvorrichtung stammt - entlang des Bewegungswegs positioniert und/oder bewegt werden kann.
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Beispielsweise kann es bei einem Einlernvorgang erforderlich sein, durch Beaufschlagung der Spindel mit der externen Kraft, beispielsweise einer manuellen Kraft, eine bestimmte Position und/oder Bewegung der Spindel vorzugeben, so dass diese Position und/oder Bewegung von der Antriebsvorrichtung gelernt und zweckmäßigerweise reproduziert werden kann.
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Ferner kann es bei einer Montage der Antriebsvorrichtung an eine Abtriebsvorrichtung erforderlich sein, die Spindel durch Aufbringung der externen Kraft entlang des Bewegungswegs zu positionieren, beispielsweise um die Spindel in eine bestimmte Montageposition zu versetzen, die für die Montage erforderlich ist und/oder um eine bestimmte Bewegung durchzuführen, die für eine Betätigung eines Kopplungsmechanismus erforderlich ist.
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Beispielsweise ist aus der
DE 10 2014 004 669 B3 eine Antriebsvorrichtung bekannt, bei der durch eine Bewegung einer Spindel entlang eines Bewegungswegs ein Kopplungsmechanismus ausgelöst wird, mit dem die Spindel an ein Abtriebselement einer Abtriebsvorrichtung gekoppelt wird. Die Bewegung der Spindel wird durch Aufbringen einer externen Kraft auf die Spindel bewirkt - exemplarisch indem die Antriebsvorrichtung in ein Gewinde der Abtriebsvorrichtung geschraubt wird, wobei das Abtriebselement die externe Kraft auf die Spindel ausübt.
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Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, die eingangs genannte Antriebsvorrichtung zu verbessern, so dass sie bei Beibehaltung der Selbsthemmung einfacher und/oder flexibler einsetzbar ist.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Antriebsvorrichtung gemäß Anspruch 1. Die Antriebsvorrichtung ist beispielsweise ein Ventilantrieb und umfasst eine Spindel und eine Antriebseinheit. Die Antriebseinheit ist ausgebildet, die Spindel anzutreiben, um die Spindel entlang eines Bewegungswegs zu bewegen. Die Spindel ist selbsthemmend ausgeführt, so dass die Spindel bei deaktivierter Antriebseinheit in Richtung des Bewegungswegs mechanisch fixiert ist. Die Antriebsvorrichtung ist ausgebildet, einen Enthemmungsmodus einzunehmen, in dem die Antriebseinheit die Spindel mit einer oszillierenden Antriebskraft beaufschlagt, die alternierend in eine erste Richtung und eine zweite Richtung wirkt, sodass die Spindel durch Beaufschlagung der Spindel mit einer externen Kraft entlang des Bewegungswegs positionierbar ist.
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Durch die Beaufschlagung der Spindel mit dem oszillierenden Antriebskraftsignal im Enthemmungsmodus wird die Spindel in einen Zustand versetzt, in dem sie (trotz mechanisch selbsthemmender Ausführung) durch eine externe Kraft positionierbar ist entlang des Bewegungswegs. Der Enthemmungsmodus stellt somit eine Möglichkeit bereit, die Selbsthemmungs-Wirkung der mechanischen Selbsthemmung - also die Fixierung der Spindel entlang des Bewegungswegs - selektiv aufzuheben. Folglich kann die Antriebsvorrichtung im Selbsthemmungsmodus für die oben genannten Anwendungen und/oder Vorgänge eingesetzt werden, die konventionell mit einer selbsthemmenden Spindel nicht möglich oder nur sehr schwierig zu realisieren sind. Das vorstehend erwähnte (durch die Selbsthemmung mögliche) energieeffiziente Halten einer Position ist weiterhin möglich, z.B. indem der Selbsthemmungsmodus deaktiviert wird.
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Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die Erfindung betrifft ferner ein System aus einer vorstehend beschriebenen Antriebsvorrichtung und einer Abtriebsvorrichtung, insbesondere einer Ventileinrichtung, wobei die Antriebsvorrichtung über einen Kopplungsmechanismus zur Kopplung mit der Abtriebsvorrichtung verfügt und der Kopplungsmechanismus durch Bewegung der Spindel entlang des Bewegungswegs betätigbar ist.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betrieb einer Antriebsvorrichtung, insbesondere eines Ventilantriebs, umfassend eine Spindel und eine Antriebseinheit, die ausgebildet ist, die Spindel anzutreiben, um die Spindel entlang eines Bewegungswegs zu bewegen, wobei die Spindel selbsthemmend ausgeführt ist, so dass die Spindel bei deaktivierter Antriebseinheit in Richtung des Bewegungswegs mechanisch fixiert ist, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Versetzen der Antriebsvorrichtung in einen Enthemmungsmodus, in dem die Antriebseinheit die Spindel mit einer oszillierenden Antriebskraft beaufschlagt, die alternierend in eine erste Richtung und eine zweite Richtung wirkt, und, während der Beaufschlagung der Spindel mit der oszillierenden Antriebskraft, Positionieren der Spindel entlang des Bewegungswegs durch Beaufschlagen der Spindel mit einer externen Kraft. Zweckmäßigerweise wird in einem weiteren Schritt der Enthemmungsmodus deaktiviert und die Spindel wird zweckmäßigerweise durch die Antriebseinheit an einer vorgegebenen Position positioniert. Das Verfahren wird zweckmäßigerweise mit einer hier beschriebenen Antriebsvorrichtung durchgeführt. Vorzugsweise ist das Verfahren in Entsprechung zu einer hier beschriebenen Ausgestaltung einer Antriebsvorrichtung weitergebildet.
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Exemplarische Ausführungsformen werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. Dabei zeigt
- 1 eine schematische Schnittdarstellung einer Antriebsvorrichtung,
- 2 einen zeitlichen Verlauf einer oszillierenden Antriebskraft,
- 3 einen zeitlichen Verlauf einer oszillierenden Antriebskraft zusammen mit einem zeitlichen Verlauf der Position der Spindel,
- 4 eine schematische Schnittdarstellung eines Systems aus einer Antriebsvorrichtung und einer Abtriebsvorrichtung in einem abgekoppelten Zustand,
- 5 eine schematische Schnittdarstellung des Systems in einem Zustand, in dem die Antriebsvorrichtung an die Abtriebsvorrichtung gekoppelt wird,
- 6 eine schematische Schnittdarstellung des Systems in einem Zustand, in dem die Antriebsvorrichtung an die Abriebvorrichtung gekoppelt ist und sich ein Abtriebselement in einer ersten Stellung befindet, und
- 7 eine schematische Schnittdarstellung des Systems in einem Zustand, in dem die Antriebsvorrichtung an die Antriebsvorrichtung gekoppelt ist und sich ein Abtriebselement in einer zweiten Stellung befindet.
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Die 1 zeigt eine exemplarische Ausgestaltung einer Antriebsvorrichtung 10. Die Antriebsvorrichtung 10 umfasst eine Spindel 1 und eine Antriebseinheit 2. Die Antriebseinheit 2 ist ausgebildet, die Spindel 1 anzutreiben, um die Spindel 1 entlang eines Bewegungswegs 3 zu bewegen. Die Spindel 1 ist selbsthemmend ausgeführt, so dass die Spindel 1 bei deaktivierter Antriebseinheit 2 mechanisch fixiert ist in Richtung des Bewegungswegs 3.
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Die Antriebsvorrichtung 10 ist ausgebildet, einen Enthemmungsmodus einzunehmen, in dem die Antriebseinheit 2 die Spindel 1 mit einer oszillierenden Antriebskraft 4 beaufschlagt, die alternierend in eine erste Richtung 6 und eine zweite Richtung 7 wirkt, sodass die Spindel 1 durch Beaufschlagung der Spindel 1 mit einer externen Kraft 5 entlang des Bewegungswegs 3 positionierbar ist.
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Nachstehend werden weitere exemplarische Details erläutert.
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Die Spindel 1 weist eine zylindrische Grundgestalt auf. Die Spindel 1 ist länglich geformt und mit ihrer Längsachse parallel zum Bewegungsweg 3 ausgerichtet. Die Richtung der Längsachse soll nachstehend auch als Längsrichtung bezeichnet werden. Die Spindel 1 verfügt über ein Gewinde, das zweckmäßigerweise am Außenumfang der Spindel 1 vorhanden ist.
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Die Antriebseinheit 2 umfasst exemplarisch einen elektrischen Antrieb, insbesondere einen Drehantrieb. Zweckmäßigerweise umfasst die Antriebseinheit 2 einen Statorabschnitt 8 und einen relativ zum Statorabschnitt 8 in Drehbewegung versetzbaren Rotorabschnitt 9. Am Rotorabschnitt 9, insbesondere an dessen Innenumfang, ist zweckmäßigerweise ein Gewinde vorhanden. Das Gewinde des Rotorabschnitts 9 steht mit dem Gewinde der Spindel 1 in Eingriff, so dass durch eine Drehbewegung des Rotorabschnitts 9 eine Translationsbewegung der Spindel 1 entlang des Bewegungswegs 3 bewirkt wird.
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Die Antriebseinheit 2 ist ausgebildet, die Spindel 1 entlang des Bewegungswegs 3 zu bewegen. Der Bewegungsweg 3 ist insbesondere eine Gerade; d.h., die Spindel 1 wird durch die Antriebseinheit 1 in eine Translationsbewegung versetzt. Der Bewegungsweg 3 verläuft relativ zur Antriebseinheit 2, insbesondere relativ zum Statorabschnitt 8, so dass die Spindel 1 bei der Bewegung entlang des Bewegungswegs 3 relativ zur Antriebseinheit 2 bewegt wird.
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Die Antriebseinheit 2 ist ausgebildet, die Spindel 1 entlang des Bewegungswegs 3 wahlweise in eine erste Richtung 6 oder eine zweite Richtung 7 zu bewegen. Bei einer Bewegung in die erste Richtung 6 wird die Spindel 1 exemplarisch in Richtung hin zu der Antriebseinheit 2 bewegt; die Bewegung in die erste Richtung 6 kann auch als Einfahren bezeichnet werden. Die erste Richtung 6 verläuft parallel zum Bewegungsweg 3. Die zweite Richtung 7 verläuft entgegengesetzt zur ersten Richtung 6. Bei einer Bewegung in die zweite Richtung 7 wird die Spindel 1 exemplarisch in Richtung von der Antriebseinheit 2 weg bewegt; die Bewegung in die zweite Richtung 7 kann auch als Ausfahren bezeichnet werden.
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Die Spindel 1 ist selbsthemmend ausgeführt. Das Gewinde der Spindel 1 und/oder das Gewinde des Rotorabschnitts 9 ist derart ausgeführt, dass aufgrund der Haftreibung zwischen diesen beiden Gewinden eine Fixierung der Spindel 1 in Richtung des Bewegungswegs 3 gegeben ist, wenn kein Antrieb durch die Antriebseinheit 2 erfolgt. Aufgrund der Selbsthemmung ist es im deaktivierten Zustand der Antriebseinheit 2 nicht möglich, die Spindel 1 durch Aufbringen einer externen Kraft 5, die in die erste Richtung 6 oder in die zweite Richtung 7 wirkt, in Richtung des Bewegungswegs 3 (also in die erste Richtung 6 oder in die zweite Richtung 7) zu bewegen. Eine solche Selbsthemmung kann beispielsweise über eine bestimmte Gewindesteigung, insbesondere eine entsprechend geringe Gewindesteigung erzielt werden. Eine solche Selbsthemmung soll auch als mechanische Selbsthemmung bezeichnet werden.
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Die Antriebsvorrichtung 10 verfügt ferner über eine Steuereinheit 27. Die Steuereinheit 27 kann in oder an der Antriebseinheit 2 vorgesehen sein und insbesondere im selben Gehäuse wie die Antriebseinheit 2 angeordnet sein. Ferner kann die Steuereinheit 27 auch abgesetzt von der Antriebseinheit 2 bereitgestellt sein. Die Steuereinheit 27 ist ausgebildet, der Antriebseinheit 2 ein Steuersignal bereitzustellen, gemäß dem die Antriebseinheit 2 die Spindel 1 antreibt. Die Steuereinheit 27 umfasst zweckmäßigerweise einen Mikrocontroller, einen ASIC (application specific integrated circuit) und/oder einen FPGA (field programmable gate array). Die Steuereinheit 27 umfasst zweckmäßigerweise eine Kommunikationsschnittstelle, über die die Steuereinheit 27 einen Steuerbefehl empfangen kann.
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Die Antriebsvorrichtung 10 umfasst zweckmäßigerweise ferner eine (in den Figuren nicht gezeigte) Sensoreinheit. Die Sensoreinheit ist ausgebildet, eine auf die Spindel 1 wirkende Kraft, insbesondere die durch die Antriebseinheit 10 auf die Spindel 1 aufgebrachte Kraft, und/oder die Position der Spindel 1 entlang des Bewegungswegs 3 zu erfassen. Zweckmäßigerweise wird die durch die Sensoreinheit erfasste Größe - also die vorgenannte Kraft und/oder Position - der Steuereinheit 27 bereitgestellt.
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Exemplarisch umfasst die Antriebsvorrichtung 10 eine (in den Figuren nicht gezeigte) Bedieneinrichtung, über die ein Benutzer eine Benutzereingabe tätigen kann. Die Bedieneinrichtung umfasst zweckmäßigerweise ein Bedienelement, beispielsweise eine Taste. Die Bedieneinrichtung ist vorzugsweise mit der Steuereinheit 27 kommunikativ verbunden, so dass über die Bedieneinrichtung eine Benutzereingabe an die Steuereinrichtung 27 erfolgen kann.
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Wie vorstehend bereits erläutert, verfügt die Antriebsvorrichtung 10 über den Enthemmungsmodus. Zweckmäßigerweise verfügt die Antriebsvorrichtung 10 zusätzlich zu dem Enthemmungsmodus über einen Normalbetriebsmodus. Exemplarisch ist die Antriebsvorrichtung 10 ausgebildet, im Normalbetriebsmodus die Spindel 1 durch Antrieb durch die Antriebseinheit 2 in vorgegebene Positionen zu versetzen und/oder bestimmte Bewegungen durchführen zu lassen. Zweckmäßigerweise führt die Antriebsvorrichtung 10, insbesondere die Steuereinheit 27, im Normalbetriebsmodus unter Ansteuerung der Antriebseinheit 2 eine Positionsregelung oder Positionssteuerung der Spindel 1 durch. Zweckmäßigerweise stellt die Steuereinheit 27 im Normalbetriebsmodus eine Soll-Position bereit, beispielsweise gemäß einem empfangenen Steuerbefehl, und führt gemäß der Soll-Position die Positionsregelung oder Positionssteuerung der Spindel 1 durch, um die Spindel 1 an der Soll-Position zu positionieren. Die Positionsregelung erfolgt insbesondere unter Berücksichtigung einer durch die Sensoreinheit erfassten Position der Spindel 1. Ferner kann im Normalbetriebsmodus die Antriebseinheit 2 deaktiviert sein, so dass die Spindel 1 aufgrund der Selbsthemmung ihre aktuelle Position entlang des Bewegungswegs 3 hält.
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Im Enthemmungsmodus stellt die Antriebsvorrichtung 10, wie vorstehend bereits erwähnt, die oszillierende Antriebskraft 4 bereit. Zweckmäßigerweise steuert die Steuereinheit 27 im Enthemmungsmodus die Antriebseinheit 2 mit einem (beispielsweise oszillierenden) Steuersignal an, das bewirkt, dass die Antriebseinheit 2 die oszillierende Antriebskraft 4 bereitstellt. Zweckmäßigerweise für die Antriebsvorrichtung 10, insbesondere die Steuereinheit 27, im Enthemmungsmodus unter Ansteuerung der Antriebseinheit 2 eine Kraftregelung oder Kraftsteuerung der Spindel 1 durch. Zweckmäßigerweise stellt die Steuereinheit 27 im Enthemmungsmodus wenigstens zwei Soll-Kraftwerte Fmax1, Fmax2 bereit, beispielsweise gemäß einem empfangenen Steuerbefehl und/oder gemäß einer in der Steuereinheit 27 hinterlegten Kraftwertinformation, und führt gemäß den Soll-Kraftwerten Fmax1, Fmax2 die Kraftregelung oder Kraftsteuerung der Spindel 1 durch, um die Spindel 1 alternierend mit den beiden Soll-Kraftwerten Fmax1, Fmax2 zu beaufschlagen. Die Kraftregelung erfolgt insbesondere unter Berücksichtigung einer durch die Sensoreinheit erfassten, auf die Spindel 1 wirkenden Kraft, insbesondere unter Berücksichtigung der durch die Antriebseinheit 2 bereitgestellten Kraft. Zweckmäßigerweise führt die Antriebsvorrichtung 10 im Enthemmungsmodus keine Positionsregelung und/oder keine Positionssteuerung durch. Alternativ kann die Antriebsvorrichtung 10 im Enthemmungsmodus eine Positionsregelung oder eine Positionssteuerung durchführen, die der Kraftregelung oder Kraftsteuerung überlagert ist.
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Die Antriebsvorrichtung 10, insbesondere die Steuereinheit 27, ist vorzugsweise ausgebildet, in den Enthemmungsmodus umzuschalten, insbesondere von dem Normalbetriebsmodus. Ferner ist die Antriebsvorrichtung 10, insbesondere die Steuereinheit 27, vorzugsweise ausgebildet, von dem Enthemmungsmodus in einen anderen Modus, insbesondere in den Normalbetriebsmodus umzuschalten. Die Antriebsvorrichtung 10, insbesondere die Steuereinheit 27, ist vorzugsweise ausgebildet, die Umschaltung in und/oder aus dem Enthemmungsmodus auf Basis eines erkannten Ereignisses, beispielsweise eines empfangenen Steuerbefehls und/oder einer insbesondere durch die Bedieneinrichtung getätigten Benutzereingabe durchzuführen.
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Die externer Kraft 5 ist eine Kraft, die nicht von der Antriebseinheit 2, insbesondere nicht von der Antriebsvorrichtung 10, bereitgestellt wird. Die externe Kraft 5 wirkt auf die Spindel 1, insbesondere auf ein distales Ende - exemplarisch auf das der Antriebseinheit 2 abgewandte Ende - der Spindel 1. Die externe Kraft 5 wird zweckmäßigerweise durch einen an der Spindel 1 anliegenden Anschlag auf die Spindel 1 aufgebracht. Zweckmäßigerweise wird die externe Kraft 5 durch eine manuelle - also händische - Betätigung, beispielsweise einen manuellen Montagevorgang bewirkt. Zweckmäßigerweise wird die externe Kraft 5 durch einen Schraubvorgang bewirkt. Die externe Kraft 5 umfasst eine Kraftkomponente, die in Richtung des Bewegungswegs 3 - also in die erste Richtung 6 oder in die zweite Richtung 7 - wirkt. Zweckmäßigerweise kann im Enthemmungsmodus durch eine in die erste Richtung 6 wirkende externe Kraft 5 eine Bewegung/Positionierung der Spindel 1 in die erste Richtung 6 und durch eine in die zweite Richtung 7 wirkende externe Kraft 5 eine Bewegung/Positionierung der Spindel 1 in die zweite Richtung 7 erfolgen.
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Unter Bezugnahme auf die 2 soll nachstehend näher auf die oszillierende Antriebskraft 4 eingegangen werden.
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Wie in der 2 gezeigt, oszilliert die Antriebskraft 4 zwischen den beiden maximalen Kraftwerten Fmax1 und Fmax2; d.h. die Antriebskraft 4 nimmt nacheinander alternierend den ersten Kraftwert Fmax1 und den zweiten Kraftwert Fmax2 an. Der Kraftwert Fmax1 wirkt in die erste Richtung 6 und der Kraftwert Fmax2 wirkt in die zweite Richtung 7. Der Kraftwert Fmax1 ist ein positiver Kraftwert und der Kraftwert Fmax2 ist ein negativer Kraftwert.
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Die oszillierende Antriebskraft 4 umfasst eine Vielzahl von Signalperioden, die sich zweckmäßigerweise direkt aneinander anschließen und vorzugsweise Wiederholungen voneinander darstellen. Jede Signalperiode umfasst einen ersten zeitlichen Signalabschnitt sa1, in dem die Antriebskraft 4 in die erste Richtung 6 wirkt und die Antriebskraft 4 insbesondere den ersten Kraftwert Fmax1 erreicht. Zweckmäßigerweise wirkt die Antriebskraft 4 in dem ersten zeitlichen Signalabschnitt ausschließlich in die erste Richtung 6. Der erste Signalabschnitt sa1 kann auch als erste Kraftphase bezeichnet werden. Der erste Signalabschnitt sa1 ist exemplarisch als Halbwelle ausgeführt.
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Jede Signalperiode umfasst ferner einen zweiten zeitlichen Signalabschnitt sa2, in dem die Antriebskraft 4 in die zweite Richtung 7 wirkt und die Antriebskraft 4 insbesondere den zweiten Kraftwert Fmax2 erreicht. Zweckmäßigerweise wirkt die Antriebskraft 4 in dem zweiten zeitlichen Signalabschnitt ausschließlich in die zweite Richtung 7. Der zweite Signalabschnitt sa2 kann auch als zweite Kraftphase bezeichnet werden. Der zweite Signalabschnitt ist exemplarisch als Halbwelle ausgeführt.
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Zweckmäßigerweise umfasst die oszillierende Antriebskraft 4 wenigstens 5, 10, 20 oder 100 Signalperioden, die sich zweckmäßigerweise direkt aneinander anschließen. Die Grundfrequenz der oszillierenden Antriebskraft 4 beträgt exemplarisch wenigstens 2, 5, 10 oder 20 Hz. Mit Grundfrequenz ist insbesondere die tiefste Frequenz und/oder die dominante Frequenz der Antriebskraft 4 gemeint.
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Exemplarisch wird die oszillierende Antriebskraft 4 als asymmetrisches Kraftsignal bereitgestellt. Bei dem asymmetrischen Kraftsignal ist eine Kraftphase stärker und/oder länger ausgeführt als die andere Kraftphase.
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Exemplarisch ist die zweite Kraftphase länger als die erste Kraftphase. Bei dem asymmetrischen Kraftsignal dominiert eine Kraftrichtung, so dass das asymmetrische Kraftsignal insbesondere in Abwesenheit der externen Kraft 5 bewirkt, dass sich die Spindel 1 immer weiter in die dominierende Kraftrichtung bewegt und schließlich die in Richtung dieser Kraftrichtung liegende Endlage einnimmt. Durch die asymmetrische Ausgestaltung des Kraftsignals kann folglich gewährleistet werden, dass die Spindel 1 durch die oszillierende Antriebskraft 4 in Abwesenheit der externen Kraft 5 in eine vorgegebene Endstellung positioniert wird.
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Die Asymmetrie des Kraftsignals kann dadurch bereitgestellt werden, dass der erste Signalabschnitt sa1 zeitlich länger oder kürzer ist als der zweite zeitliche Signalabschnitt sa2. Der Zeitabschnitt t1, in dem die Antriebskraft 4 in jeder Signalperiode in die erste Richtung 6 bereitgestellt wird, ist kürzer oder länger als der Zeitabschnitt t2, in dem die Antriebskraft 4 in jeder Signalperiode in die zweite Richtung 7 bereitgestellt wird. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Asymmetrie des Kraftsignals dadurch bereitgestellt werden, dass die Signalformen der beiden Signalabschnitte (betragsmäßig) unterschiedlich ausgestaltet sind, beispielsweise indem der Kraftwert Fmax1 betragsmäßig kleiner oder größer gewählt wird als der Kraftwert Fmax2.
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In der 2 dominiert exemplarisch die zweite Kraftphase (der Zeitabschnitt t2 ist größer als der Zeitabschnitt t1), so dass sich die Spindel 1 hier immer weiter in die zweite Richtung 7 bewegen wird, bis die Spindel 1 die in Richtung 7 liegende Endlage erreicht.
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Unter Bezugnahme auf die 3 sollen nachfolgend verschiedene Bewegungsphasen BP1, BP2, BP3 erläutert werden, die exemplarisch im Enthemmungsmodus erzielt werden können.
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Die 3 zeigt zwei zeitliche Signalverläufe - zum einen einen zeitlichen Signalverlauf der oszillierenden Antriebskraft 4 und zum anderen einen zeitlichen Signalverlauf der Position 24 der Spindel 1 entlang des Bewegungswegs 3. Die beiden Signalverläufe haben dieselbe Zeitachse. Der Nullpunkt der Antriebskraft 4 befindet sich ungefähr in der Mitte der Ordinate und ist in der 3 durch „0“ gekennzeichnet. Im Gegensatz zur 2 sind die Richtungen 6, 7 hier vertauscht dargestellt; d.h. die erste Richtung 6 zeigt nach unten und die zweite Richtung 7 zeigt nach oben.
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Exemplarisch bildet die Ordinate des Positionsverlaufs den gesamten Bewegungsweg 3 der Spindel 1 ab. Ein Positionswert ganz oben auf der Ordinate zeigt exemplarisch eine maximal ausgefahrene Stellung der Spindel 1 an und ein Positionswert ganz unten auf der Ordinate zeigt exemplarisch eine maximal eingefahrene Stellung der Spindel 1 an.
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Die Antriebsvorrichtung 10 befindet sich im Enthemmungsmodus, so dass die Antriebseinheit 2 die oszillierende Antriebskraft 4 bereitstellt. Durch die oszillierende Antriebskraft 4 wird bewirkt, dass die Spindel 1 in Richtung des Bewegungswegs 3 eine Oszillationsbewegung durchführt. Die Frequenz der Oszillationsbewegung ist gleich der Frequenz der oszillierenden Antriebskraft 4. Die Amplitude der Oszillationsbewegung ist ein Bruchteil des Bewegungswegs 3. Exemplarisch ist die Amplitude der Oszillationsbewegung kleiner als ein Fünftel, Zehntel oder ein Zwanzigstel der Länge des Bewegungswegs 3. Mit „Amplitude“ ist insbesondere die Peak-to-Peak-Amplitude gemeint.
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In der ersten Bewegungsphase BP1 befindet sich die Antriebsvorrichtung 10 in einem Zustand, in dem die externe Kraft 5 nicht auf die Spindel 1 wirkt. Exemplarisch befindet sich Spindel 1 in einer Endstellung - hier in einer maximal ausgefahrenen Endstellung - und führt die Oszillationsbewegung aus. Exemplarisch ist die auf die Spindel 1 wirkende oszillierende Antriebskraft 4 asymmetrisch, wobei die in Richtung 7 wirkende Kraftphase dominant ist, wodurch die Spindel 1 in der in Richtung 7 befindlichen Endstellung gehalten wird.
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In der zweiten Bewegungsphase BP2 wird die externe Kraft 5 auf die Spindel 1 aufgebracht. Exemplarisch wird an dem zu der Antriebseinheit 2 distalen Ende der Spindel 1 ein Anschlag angelegt, der auf die Spindel 1 eine Kraft in die erste Richtung 6 ausübt.
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Die externe Kraft 5 wirkt in einer der Kraftphasen - hier exemplarisch in der zweiten Kraftphase - in entgegengesetzter Richtung zur Antriebskraft 4 und bewirkt dadurch, dass die durch diese Kraftphase bewirkte Bewegung der Spindel 1 reduziert oder unterbunden wird. In den zweiten Kraftphasen findet folglich eine reduzierte Bewegung oder keine Bewegung der Spindel 1 in Richtung der in den zweiten Kraftphasen wirkenden Antriebskraft 4 statt. Zweckmäßigerweise wird die durch die Antriebskraft 4 bewirkte Bewegung der Spindel 1 in den ersten Kraftphasen nicht reduziert oder unterbunden. Die Spindel 1 bewegt sich folglich in jeder ersten Kraftphase weiter in die erste Richtung 6 als in jeder zweiten Kraftphase in die zweite Richtung 7. Die Spindel 1 bewegt sich folglich nach und nach immer weiter in die erste Richtung 6. Exemplarisch wird die Spindel 1 auf diese Weise bis zu der Endstellung in erster Richtung 6 - exemplarisch die maximal eingefahrene Stellung - positioniert. Exemplarisch durchläuft die Spindel 1 in der zweiten Bewegungsphase BP2 den gesamten Bewegungsweg 3.
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Die Spindel 1 kann durch die Überlagerung aus der externen Kraft 5 und der oszillierenden Antriebskraft 4 frei entlang des Bewegungswegs 3 positioniert werden und insbesondere Bewegungen ausführen, die über die Amplitude der Oszillationsbewegung hinausgehen. Wie in der 3 zu sehen, ergibt sich ein Positionsverlauf, bei dem ein Positionssignal mit niedrigerer Frequenz mit einem Oszillationssignal höherer Frequenz - der Frequenz der Antriebskraft 4 - überlagert ist.
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In der dritten Bewegungsphase BP3 wirkt die externe Kraft 5 nicht auf die Spindel 1. Aufgrund der Asymmetrie der Antriebskraft 4 wird die Spindel 1 nach und nach immer weiter in die zweite Richtung 7 bewegt. Die Spindel 1 bewegt sich alternierend in die erste Richtung 6 und die zweite Richtung 7, wobei die Bewegung in die zweite Richtung 7 größer ausfällt, so dass sich die Spindel 1 über mehrere Signalperioden hinweg immer weiter in die zweite Richtung 7 bewegt. Auch hier ergibt sich insgesamt ein Positionsverlauf, bei dem ein Positionssignal mit niedrigerer Frequenz mit einem Oszillationssignal höherer Frequenz - der Frequenz der Antriebskraft 4 - überlagert ist.
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Dadurch, dass die Antriebsvorrichtung 10 über den Enthemmungsmodus verfügt, in dem die selbsthemmende Spindel 1 durch die externe Kraft 5 entlang des Bewegungswegs 3 positioniert werden kann, ist die Antriebsvorrichtung 10 für bestimmte Anwendungen und/oder Vorgänge besonders gut geeignet, wie nachstehend näher erläutert werden soll.
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Beispielsweise ist die Antriebsvorrichtung 10 besonders gut für eine Einlern-Vorgang geeignet, bei dem durch externe, beispielsweise manuelle, Kraftaufbringung auf die Spindel 1 eine bestimmte Position und/oder Bewegung der Spindel 1 eingelernt wird.
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Exemplarisch ist die Antriebsvorrichtung 10 ausgebildet, eine Einlern-Prozedur durchzuführen und im Rahmen der Einlern-Prozedur eine durch die externe Kraft 5 bewirkte Position und/oder Bewegung zu speichern. Die Antriebsvorrichtung 10 ist ausgebildet, bei der Einlern-Prozedur den Enthemmungsmodus einzunehmen. Exemplarisch wird die Position und/oder Bewegung durch die Steuereinheit 27 gespeichert. Die Antriebsvorrichtung 10 ist vorzugsweise ausgebildet, die gespeicherte Position und/oder Bewegung zu einem späteren Zeitpunkt auszuführen, insbesondere in einem Normalbetriebsmodus.
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Durch den Enthemmungsmodus ist die Antriebsvorrichtung 10 ferner besonders gut für einen Montagevorgang geeignet, bei dem eine durch eine externe Kraft 5 bewirkte Bewegung der Spindel 1 erforderlich ist.
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Ein solcher Montagevorgang soll nachstehend unter Bezugnahme auf die 4 bis 7 näher erläutert werden.
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In den 4 bis 7 ist ein System 30 gezeigt, das eine Antriebsvorrichtung 10 und eine Abtriebsvorrichtung 20 umfasst. Die Antriebsvorrichtung 10 ist zweckmäßigerweise gemäß den vorstehenden Erläuterungen ausgebildet. Die Antriebsvorrichtung 10 ist hier exemplarisch als Ventilantrieb, insbesondere als elektrischer Ventilantrieb, ausgeführt. Die Antriebsvorrichtung 10 kann zweckmäßigerweise von einem Benutzer getragen und/oder gehandhabt werden. Zweckmäßigerweise kann die Antriebsvorrichtung 10 bei einem Montagevorgang von einem Benutzer manuell auf die Abtriebsvorrichtung 20 aufgesetzt und insbesondere in diese eingeschraubt werden.
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Die Antriebsvorrichtung 10 umfasst, wie bereits vorstehend erläutert, die Spindel 1, Antriebseinheit 2 und die Steuereinheit 27 und ist ausgebildet, den Enthemmungsmodus bereitzustellen, in dem die oszillierende Antriebskraft 4 bereitgestellt wird.
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Exemplarisch umfasst die Antriebsvorrichtung 10 ferner einen Antriebsvorrichtungs-Abschnitt 14. Der Antriebsvorrichtung-Abschnitt 14 ist zweckmäßigerweise relativ zur Antriebseinheit 2, insbesondere dem Stator-Abschnitt 8, fixiert, insbesondere an dieser angebracht, sodass sich die Spindel 1 bei einer Bewegung entlang des Bewegungswegs 3 relativ zum Antriebsvorrichtungs-Abschnitt 14 bewegt.
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Exemplarisch umgreift der Antriebsvorrichtung-Abschnitt 14 die Spindel 1. Insbesondere umgibt der Antriebsvorrichtungs-Abschnitt 14 die Spindel 1 radial und ist insbesondere ausgebildet, die Spindel 1 entlang des Bewegungswegs 3 zu führen. Exemplarisch stellt der Antriebsvorrichtungs-Abschnitt 14 ferner zumindest einen Teil des Gehäuses, insbesondere des Außengehäuses, der Antriebsvorrichtung 10 dar.
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Der Antriebsvorrichtungs-Abschnitt 14 umfasst einen Antriebsvorrichtungs-Befestigungsabschnitt 21 zur Befestigung des Antriebsvorrichtungs-Abschnitts 14 an der Abtriebsvorrichtung 20. Der Antriebsvorrichtungs-Befestigungsabschnitt 21 ist exemplarisch als Gewinde, insbesondere als Außengewinde, ausgeführt.
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Die Abtriebsvorrichtung 20 ist exemplarisch als Ventileinrichtung ausgeführt. Gemäß einer bevorzugten (in den Figuren nicht gezeigten Ausgestaltung) ist die Abtriebsvorrichtung 20 als Schrägsitzventil ausgeführt. Die Abtriebsvorrichtung 20 wird insbesondere in der Prozessautomatisierung eingesetzt, zweckmäßigerweise um, den Fluss eines Prozessfluids zu beeinflussen, insbesondere wahlweise zu sperren oder freizugeben.
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Die Abtriebsvorrichtung 20 umfasst ein Abtriebselement 18, das exemplarisch ein Ventilglied 19 umfasst. Das Ventilglied 19 ist an einem distalen Ende des Abtriebselements 18 angeordnet. Das Abtriebselement 18 ist zweckmäßigerweise länglich ausgeführt und mit seiner Längsachse parallel zum Bewegungsweg 3 ausgerichtet.
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Die Abtriebsvorrichtung 20 umfasst ferner einen Fluidkanalabschnitt 25, der zweckmäßigerweise ein Fluid, insbesondere ein Prozessfluid, führt oder führen soll. Der Fluidkanalabschnitt 25 kann durch das Ventilglied 19 wahlweise gesperrt oder freigegeben werden. Das Abtriebselement 18 ist relativ zum Fluidkanalabschnitt 25 beweglich gelagert.
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Die Abtriebsvorrichtung 20 umfasst ferner einen Abtriebsvorrichtungs-Abschnitt 15. Der Abtriebsvorrichtungs-Abschnitt 15 ist zweckmäßigerweise relativ zum Fluidkanalabschnitt 25 fixiert, insbesondere an diesem angebracht, sodass sich das Abtriebselement 18 bei einer Bewegung relativ zum Fluidkanalabschnitt 25 auch relativ zum Abtriebsvorrichtungs-Abschnitt 15 bewegt.
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Die Bewegung des Abtriebselement 18 soll durch eine Bewegung der Spindel 1 bewirkt werden. Die Spindel 1 muss dementsprechend bei der Montage mit dem Abtriebselement 18 gekoppelt werden, insbesondere an diesem befestigt werden, wie nachfolgend noch im Detail erläutert wird.
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Exemplarisch umgreift der Abtriebsvorrichtung-Abschnitt 15 das Abtriebselement 18. Insbesondere umgibt der Abtriebsvorrichtungs-Abschnitt 15 das Abtriebselement 18 radial und ist insbesondere ausgebildet, das Abtriebselement 18 zu führen. Exemplarisch stellt der Abtriebsvorrichtungs-Abschnitt 15 ferner zumindest ein Teil des Gehäuses, insbesondere des Außengehäuses, der Abtriebsvorrichtung 20 dar.
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Der Abtriebsvorrichtungs-Abschnitt 15 umfasst einen Abtriebsvorrichtungs-Befestigungsabschnitt 22 zur Befestigung des Abtriebsvorrichtungs-Abschnitts 15 an dem Antriebsvorrichtungs-Abschnitt 14. Der Abtriebsvorrichtungs-Befestigungsabschnitt 22 ist exemplarisch als Gewinde, insbesondere als Innengewinde, ausgeführt.
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Die Antriebsvorrichtung 10 umfasst einen Kopplungsmechanismus 11 zur Ankopplung der Antriebsvorrichtung 10 an die Abtriebsvorrichtung 20. Der Kopplungsmechanismus 11 ist durch eine Bewegung 12 der Spindel entlang des Bewegungswegs 3 betätigbar. Der Kopplungsmechanismus 11 dient insbesondere dazu, die Spindel 1 an das Antriebselement 18 zu koppeln, insbesondere zu befestigen.
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Der Kopplungsmechanismus 11 wird exemplarisch durch eine Befestigung des Antriebsvorrichtungs-Befestigungsabschnitts 21 an dem Abtriebsvorrichtungs-Befestigungsabschnitt 22 ausgelöst.
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Der Kopplungsmechanismus 11 umfasst wenigstens ein Kopplungselement 17, exemplarisch ein Kugelelement, das in eine Kopplungsstellung versetzbar ist, in der das Kopplungselement 17 die Spindel 1 an das Antriebselement 18 koppelt. Exemplarisch umfasst der Kopplungsmechanismus mehrere Kopplungselemente 17, insbesondere mehrere Kugelelemente.
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Die Kopplungselemente 17 sind exemplarisch am distalen Ende der Spindel 1 vorhanden und zweckmäßigerweise in Radialrichtung beweglich gelagert. Um die Kopplungselemente 17 in die Kopplungsstellung zu versetzen, erfolgt exemplarisch eine Bewegung der Kopplungselemente 17 radial nach innen.
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Das distale Ende der Spindel 1 ist exemplarisch topfförmig ausgeführt und weist auf der der Antriebseinheit 2 abgewandten Seite eine Aufnahme auf, in die ein distales Ende des Abtriebselement 18 bei der Montage eingesetzt wird.
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Das Abtriebselement 18 weist insbesondere an seinem distalen Ende einen Abtriebselement-Befestigungsabschnitt 23 auf. Exemplarisch umfasst der Abtriebselement-Befestigungsabschnitt 23 eine oder mehrere sich radial nach innen erstreckende Vertiefungen. Die Kopplungselemente 17 werden beim Versetzen in die Kopplungsstellung in Eingriff mit dem Abtriebselement-Befestigungsabschnitt 23 gebracht, um so die Kopplung zwischen der Spindel 1 und dem Abtriebselement 18 herzustellen. Exemplarisch werden dabei die Kugelelemente in die Vertiefungen bewegt und dort gehalten.
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Der Kopplungsmechanismus 11 wird durch eine Relativbewegung zwischen der Spindel 1 und dem Antriebselement-Abschnitt 14 betätigt. Exemplarisch umfasst der Antriebselement-Abschnitt 14 einen Betätigungsabschnitt 16, der bei einer Relativbewegung zwischen der Spindel 1 und dem Antriebselement-Abschnitt 14 jedes Kopplungselement 17 in die Kopplungsstellung versetzt. Exemplarisch ist der Betätigungsabschnitt 16 als Längsabschnitt mit verjüngtem und/oder sich verjüngendem Innumfang ausgeführt. Wenn die Kopplungselemente 17 durch die Relativbewegung zwischen der Spindel 1 und dem Antriebselement-Abschnitt 14 in den Längsbereich des Betätigungsabschnitts 16 gelangen (exemplarisch durch eine Bewegung der Spindel in die erste Richtung 6), werden die Kopplungselemente 17 durch den verjüngten/sich verjüngenden Innenumfang des Betätigungsabschnitts 16 radial nach innen gedrückt und dort gehalten und stellen so die Kopplung zwischen der Spindel 1 und dem Abtriebselement 18 her.
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Die Relativbewegung zwischen der Spindel 1 und dem Antriebselement-Abschnitt 14 wird durch eine externe Kraft 5 bewirkt. Exemplarisch wird die externe Kraft 5 von dem Abtriebselement 18 auf die Spindel 1 aufgebracht, und zwar dann, wenn der Antriebsvorrichtungs-Befestigungsabschnitt 21 an dem Abtriebsvorrichtungs-Befestigungsabschnitt 22 angebracht wird.
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Bei der Anbringung des Antriebsvorrichtungs-Befestigungsabschnitts 21 an dem Abtriebsvorrichtungs-Befestigungsabschnitt 22 wird der Antriebsvorrichtungs-Abschnitt 14 hin zu dem Abtriebsvorrichtungs-Abschnitt 15 bewegt. Exemplarisch sind der Antriebsvorrichtungs-Befestigungsabschnitt 21 und der Abtriebsvorrichtungs-Befestigungsabschnitt als Gewinde ausgebildet und die Anbringung erfolgt durch einen Schraubvorgang, bei der die beiden Abschnitte 14, 15 aufeinander zu bewegt werden. Exemplarisch wird der Antriebsvorrichtungs-Abschnitt 14 in die zweite Richtung 7 bewegt. Die Spindel 1 wird dabei von dem Abtriebselement 18 abgestützt, so dass sich die Spindel 1 nicht mit dem Antriebselement-Abschnitt 14 in Richtung hin zu dem Abtriebselement-Abschnitt 15 mitbewegen kann. Das Abtriebselement 18 wiederum wird exemplarisch durch den Fluidkanal 25 abgestützt, so dass es sich nicht in die zweite Richtung 7 bewegen kann. Folglich wird durch das Abtriebselement 18 eine externe Kraft 5 auf die Spindel 1 bewirkt, die dafür sorgt, dass die Spindel 1 eine Relativbewegung zum Antriebselement-Abschnitt 14 durchführt, so dass der Kopplungsmechanismus 11 betätigt wird. Exemplarisch wird die Spindel 1 durch die externe Kraft 5 relativ zum Antriebselement-Abschnitt 14 in die erste Richtung 6 bewegt.
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In den Figuren ist dieser Montagevorgang wie folgt gezeigt:
- In der 4 sind die Antriebsvorrichtung 10 und die Abtriebsvorrichtung noch nicht miteinander gekoppelt. Die Antriebsvorrichtung 10 wird hier zweckmäßigerweise händisch über der Abtriebsvorrichtung 20 positioniert. Der Enthemmungsmodus der Antriebsvorrichtung 10 ist aktiviert und sorgt (insbesondere durch eine asymmetrische, oszillierende Antriebskraft 4) dafür, dass sich die Spindel 1 in maximal ausgefahrener Stellung befindet.
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In der 5 ist der Antriebsvorrichtungs-Befestigungsabschnitt 21 an den Abtriebsvorrichtung-Befestigungsabschnitt 22 angesetzt. Die Spindel 1 stützt sich mit ihrem distalen Ende an dem distalen Ende des Abtriebselements 18 ab. Das Abtriebselement 18 übt eine externe Kraft 5 auf die Spindel 1 aus, durch die die Spindel 1 in die Bewegung 12 versetzt werden kann, um den Kopplungsmechanismus 11 zu betätigen. Die Befestigungselemente 17 sind an dem Abtriebselement-Befestigungsabschnitt 23 positioniert, stehen jedoch noch nicht in Eingriff mit dem Abtriebselement-Befestigungsabschnitt 23.
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In der 6 ist die Anbringung der Antriebsvorrichtungs-Befestigungsabschnitt 21 an dem Abtriebsvorrichtung-Befestigungsabschnitt 22 abgeschlossen. Der Antriebsvorrichtungs-Abschnitt 14 und der Abtriebsvorrichtungs-Abschnitt 15 wurden hierfür in Längsrichtung aufeinander zu bewegt, wobei die Spindel 1 durch die Abstützung am Abtriebselement 18 und die dadurch bereitgestellte externe Kraft 5 entlang des Bewegungswegs 3 nach oben gedrückt wurde, so dass die Kopplungselemente 17 durch den Betätigungsabschnitt 16 radial nach innen bewegt und dadurch in Eingriff mit dem Abtriebselement-Befestigungsabschnitt 23 gebracht wurden. Die hierfür erforderliche, durch die externe Kraft 5 bewirkte Relativbewegung 12 zwischen der Spindel 1 und dem Antriebselement-Abschnitt 14 wird durch den Enthemmungsmodus ermöglicht. Das Abtriebselement 7 befindet sich exemplarisch in einer ersten Stellung, in der das Ventilglied 19 den Fluidkanal 25 sperrt.
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In der 7 wurde die Antriebsvorrichtung 10 zweckmäßigerweise von dem Enthemmungsmodus in den Normalbetriebsmodus umgeschaltet. Die Spindel 1 befindet sich in einer eingefahrenen Stellung. Aufgrund der durch den Kopplungsmechanismus 11 bereitgestellten Kopplung zwischen der Spindel 1 und dem Abtriebselement 18 wird das Abtriebselement 18 mit der Spindel 1 mitgeführt. Exemplarisch befindet sich das Abtriebselement 18 in einer zweiten Stellung, in der das Ventilglied 19 den Fluidkanalabschnitt 25 freigibt, wodurch ein Fluss 26 des Fluids ermöglicht wird.
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Nachstehend werden weitere exemplarische Details erläutert.
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Die Antriebsvorrichtung 10 und/oder das System 30 wird zweckmäßigerweise in der Prozessautomatisierung eingesetzt.
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Bei der Montage der Antriebvorrichtung 10 auf der Abtriebsvorrichtung 20 erfolgt durch den Kopplungsmechanismus 11 eine automatische Verbindung der Spindel 1 mit dem Abtriebselement 18. Das Abtriebselement 18 ist exemplarisch als Ventilspindel ausgeführt.
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Der Kopplungsmechanismus 11 umfasst mehrere Kugelelemente 17, über die die Spindel 1 mit dem Abtriebselement 18 gekoppelt wird. In einem demontierten Zustand der Antriebsvorrichtung 10 (z.B. in der 4 gezeigt) können die Kugelelemente 17 radial nach außen bewegt werden. Die Dimensionierung der Länge des Abtriebselements 18 und der Spindel 1 ist so gewählt, dass beim Aufschrauben der Antriebsvorrichtung 10 auf die Abtriebsvorrichtung 20 die Spindel 1 von dem Abtriebselement 18 zurückgedrückt wird. Dabei werden die Kugelelemente 17 mittels einer Schräge - dem Betätigungsabschnitt 16 - radial nach innen gedrückt, so dass sie eine Kopplung zwischen der Spindel 1 und dem Abtriebselement 18 herstellen. Die Schräge befindet sich an einem Führungsabschnitt zur Führung der Spindel 1.
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Um diese Betätigung der Kugelelemente 17 durch den Betätigungsabschnitt 16 zu ermöglichen, ist eine zumindest bei der Montage nachgiebige Spindel 1 erforderlich.
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Die Antriebseinheit 2 ist zweckmäßigerweise als elektrischer Antrieb ausgeführt und verwendet insbesondere eine Linearspindel zur Bereitstellung einer linearen Bewegung auf Basis einer rotativen Bewegung. Die Antriebsvorrichtung 10 ist als selbsthemmender Spindelantrieb ausgeführt und daher von einem nicht-selbsthemmenden Spindelantrieb zu unterscheiden. Ein selbsthemmender Spindelantrieb kann eine gewünschte Position halten, ohne dass die Antriebseinheit 2 dafür (z.B. durch Bestromung) aktiv sein muss.
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Bei der Montage der Antriebsvorrichtung 10 auf die Abtriebsvorrichtung 20 ist eine Nachgiebigkeit der Spindel 1 erforderlich (die bei einer selbsthemmenden Spindel eigentlich nicht gegeben ist).
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Durch die beschriebene Ansteuerung der Antriebseinheit im Enthemmungsmodus wird die selbsthemmende Eigenschaft der Spindel scheinbar überbrückt. Die Ansteuerung der Antriebseinheit 2 erfolgt dabei kraftgeregelt wenige Millisekunden in alternierende Richtungen. Dies hat zur Konsequenz, dass die Spindel 1 „zittert“, also kleine Bewegungen vor- und zurück durchführt. Wird nun eine Kraft auf die Spindel 1 (Zug oder Druck) ausgeübt, welche größer ist als ihre Antriebskraft, so verfährt die Spindel 1 jeweils nur in die Richtung in welche die Kraft wirkt. Dies ermöglicht eine scheinbar nicht-selbsthemmende selbsthemmende Spindel.
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Vorzugsweise wird ein wechselseitiger kraftgeregelter Betrieb der selbsthemmenden Spindel 1 bereitgestellt, so dass diese wie eine nicht-selbsthemmende Spindel verwendet werden kann. Bei der Spindel 1 handelt es sich insbesondere um eine Linearspindel. Zweckmäßigerweise ist die Antriebsvorrichtung 10 ausgebildet, überlagert zur Kraftregelung eine Geschwindigkeits- und/oder Positionsüberwachung, z.B. unter Berücksichtigung von Grenzwerten, bereitzustellen.
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Zweckmäßigerweise ist die Antriebsvorrichtung 10 ferner ausgebildet, mittels asymmetrischer Ansteuerung, z.B. unterschiedlicher Zeitdauern für beide Drehrichtungen oder unterschiedlicher Sollkräfte, eine Bewegung in eine Richtung vorzugeben und gleichzeitig eine Nachgiebigkeit der Spindel 1 zu erhalten. Dies kann für den Montagevorgang der Antriebsvorrichtung 10 auf die Abtriebsvorrichtung 20 verwendet werden, um sicherzustellen, dass im unmontierten Zustand die Spindel 1 in der maximal ausgefahrenen Stellung positioniert ist und dass die Spindel 1 immer in Kontakt mit dem Kopf des Abtriebselements 18 bleibt, um eine richtige Kopplung sicherzustellen.
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Zweckmäßigerweise ist die Antriebsvorrichtung 10 ausgebildet, den Enthemmungsmodus im Rahmen eines Einlernbetriebs und/oder Nachgiebigkeitsbetriebs für Linearachsen, Zahnriemenachsen und/oder sonstige Motorapplikationen einzunehmen. Bei dem Einlernbetrieb erfolgt insbesondere ein händisches Teachen.
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Im Enthemmungsmodus gelten insbesondere die folgenden Randbedingungen/Einstellungen: Die Spindel 1 fährt gegen einen verschiebbaren Anschlag, der beispielsweise die externe Kraft 5 bereitstellt. Es findet lediglich eine Kraftregelung statt und insbesondere keine übergelagerte Position- und/oder Geschwindigkeitsüberwachung und/oder Positions- und/oder Geschwindigkeitsregelung statt. Die Zeiten zum Ein- bzw. Ausfahren sind asymmetrisch. Daher verfährt die Spindel 1, wenn der Anschlag entfernt wird.
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Wie in der 3 gezeigt, kann nicht die komplette Bewegung ausgeführt werden, wenn der Anschlag drückt. Der Antrieb gibt in eine Richtung nach. Wird der Anschlag zurückgezogen, können beide Bewegungsrichtungen ausgeführt werden. Dies ist an den runderen Verläufen der Position zu erkennen. Aufgrund der asymmetrischen Ansteuerung ist bei zurückgezogenem Anschlag (freie Fahrt) der Fahrtweg in positiver Richtung größer als in negativer. Daher bewegt sich die Spindel 1 langsam in positiver Richtung.
