DE102021209914B3

DE102021209914B3 - Stellantrieb mit einer elektrisch ein- und ausschaltbaren, berührungsfrei arbeitenden magnetischen Rastmomenthemmung zum Halten oder Lösen eines Rotorbechers eines Stellantriebmotors

Info

Publication number: DE102021209914B3
Application number: DE102021209914.9A
Authority: DE
Inventors: Hilmar Konrad
Original assignee: Siemens Schweiz AG
Current assignee: Siemens Schweiz AG
Priority date: 2021-09-08
Filing date: 2021-09-08
Publication date: 2022-10-13
Anticipated expiration: 2041-09-09
Also published as: CH718965A2

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stellantrieb, aufweisend einen Elektromotor (MO), ein nachgeschaltetes Reduziergetriebe (G) und ein abtriebsseitiges Stellelement mit einem Stellanschluss, wobei der Elektromotor einen Stator (ST) und als Außenläufer einen zu einer Drehachse (A) des Elektromotors umlaufenden Rotorbecher (RO) aufweist, wobei der Rotorbecher in Umlaufrichtung magnetisch verrastend gehemmt ist. Erfindungsgemäß umfasst der Stellantrieb eine mittels eines Elektromagneten (MAG) elektrisch ein- und ausschaltbare, berührungsfrei arbeitende magnetische Rastmomenthemmung zum Halten oder Lösen des Rotorbechers.

Description

Die Erfindung betrifft einen Stellantrieb, welcher einen Elektromotor, ein nachgeschaltetes Getriebe, insbesondere ein Reduziergetriebe, und ein abtriebsseitiges Stellelement mit einem Stellanschluss aufweist. Der Stellanschluss bildet dabei den getriebeseitigen Abtrieb. Der Elektromotor umfasst einen Stator und als Außenläufer einen zu einer Drehachse des Elektromotors umlaufenden Rotorbecher. Letzterer kann auch als Motorglocke oder allgemein als Rotor bezeichnet werden. Der Rotorbecher ist zudem in Umlaufrichtung magnetisch verrastend gehemmt. Die betrachteten Stellantriebe dienen insbesondere zum Antreiben einer Klappe oder eines Ventils zum Einstellen eines gasförmigen oder flüssigen Volumenstroms, insbesondere für sogenannte HLK-Anwendungen für Heizung, Lüftung oder Klimatechnik.
Aus der WO 2011/047488 A1 ist ein bürstenloser Gleichstrommotor bekannt, welcher zum Antreiben eines Stellelements eines Stellantriebs geeignet ist. Der dortige Gleichstrommotor umfasst einen Stator, einen den Stator umlaufenden Rotorbecher mit mehreren permanentmagnetischen Polen sowie ein mit dem Stator verbundenes Rastmomentblech mit mehreren Polschuhen zum Erzeugen eines den umlaufenden Rotorbecher in eine Raststellung bringenden Rastmoments. Die Polschuhe sind in der Raststellung jeweils zwischen zwei benachbarten Polen des umlaufenden Rotorbechers angeordnet, um einen magnetischen Kurzschluss zu bilden. Das Rastmomentblech ist im Wesentlichen außerhalb des durch den Stator im Betrieb erzeugten magnetischen Drehfelds angeordnet, wodurch die Erzeugung des Rastmoments vom elektrischen Verhalten des bürstenlosen Gleichstrommotors entkoppelt wird.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2016 113 188 A1 ist ein Bremssystem bekannt, bei dem ein Stator- und Rotorelement koaxial zueinander angeordnet sind. Das Bremssystem ist zum Abbremsen und Zulassen einer Rotationsbewegung des Rotorelements um eine Rotationsachse relativ zu dem Statorelement eingerichtet. Das Statorelement weist mindestens einen Permanentmagneten und eine Spule auf. Das Rotorelement umfasst magnetisierbares Material sowie mindestens einen Bremsabschnitt, der dazu eingerichtet ist, sich entlang einer Magnetfeldlinie des Permanentmagneten des Statorelements auszurichten. Der Permanentmagnet und die Spule des Statorelements sind so relativ zueinander angeordnet, dass die Spule bei Bestromung ein Spulen-Magnetfeld erzeugt, das ein Magnetfeld des Permanentmagneten zumindest teilweise kompensiert.
Bei derartigen Stellantrieben wird die Klappe oder das Ventil durch das Stellelement des Stellantriebs um eine Stellachse bewegt oder sogar zumindest teilweise durch dieses direkt gebildet. Der Stellantrieb ist oftmals dazu eingerichtet, das Stellelement von einer ersten Stellposition in eine zweite Stellposition zu bewegen. Beide Stellpositionen können üblicherweise Endanschläge bilden. Die erste Stellposition kann auch als Ruhestellung bezeichnet werden, in welche der Stellantrieb das Stellelement im stromlosen Zustand des Antriebselements, d.h. des Elektromotors, insbesondere mittels einer vorgespannten Rückstellfeder, wieder zurückstellt. Derartige Stellantriebe werden auch als fehlersichere oder Fail-Safe-Stellantriebe bezeichnet. Die zweite Stellposition kann als Betätigungsstellung bezeichnet werden. Der Stellanschluss kann innerhalb eines vorgegebenen Stell- oder Drehwinkelbereichs zwischen der Ruhestellung bzw. der ersten Stellposition und der Betätigungsstellung bzw. der zweiten Stellposition um seine Stellachse drehbar angeordnet sein. Der maximale Stellwinkelbereich zwischen diesen beiden Stellpositionen bzw. Drehstellungen liegt typischerweise bei 90° ± 10°.
Um einen fehlersicheren Stellantrieb in der Betätigungsstellung zu halten, ist es am einfachsten, den Elektromotor über einen dauerhaft anliegenden Haltestrom (Mindeststrom) in der Betätigungsstellung zu halten. Erst wenn die Stromversorgung und somit der Haltestrom weg- oder ausfällt, läuft die Feder zu, und der Stellantrieb verfährt das Stellelement in die sichere Ruhestellung. Die zuvor beschriebene Lösung hat jedoch in der Betätigungsstellung einen recht hohen Stromverbrauch. So beträgt die Einschaltdauer bei sicherheitsrelevanten Brandschutzklappen faktisch 100 % (ED 100 %).
Im Falle von nicht-fehlersicheren Stellantriebe sind häufig Elektromotoren mit erhöhtem Selbsthaltemoment erforderlich, damit der Stellantrieb nicht über das anliegende Drehmoment der Last, d.h. der Klappe oder des Ventils, „weiterläuft“. Die hierfür vorgesehenen Elektromotoren weisen dazu typischerweise einen Rotor mit einem Rastmomentrad auf.
Die betrachteten Stellantriebe können alternativ auch lineare Stellantriebe sein, die eine lineare Stellbewegung des Stellelements entlang einer Stellachse am Stellanschluss bewirken, um z.B. ein Ventil öffnend, teilweise öffnend oder schließend anzusteuern. Die Drehbewegung am Stellanschluss kann z.B. mittels einer Zahnstange, einer Spindel oder mittels eines Exzenters in eine der Drehbewegung entsprechende Linearbewegung umgesetzt werden. Solche Stellantriebe können sowohl fehlersicher als auch nicht-fehlersicher ausgeführt sein.
Bei einer weiteren bekannte Lösung gemäß der US 5 986 369 A greift ein Piezoaktor und alternativ ein Hubmagnet mechanisch in das Reduziergetriebe des Stellantriebs ein, um ein selbsttägiges Verfahren des Stellelements in die sichere Ruhestellung zu verhindern. Bei Weg- oder Ausfall der Stromversorgung löst sich der Hubmagnet vom Getriebe. Das Getriebe läuft nun frei, sodass der Stellantrieb das Stellelement wieder in die sichere Ruhestellung verfahren kann. Dabei benötigt der Piezoaktor in der Betätigungsstellung kaum elektrische Leistung.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile bei Stellantrieben zumindest teilweise zu beheben.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, einen flexibler einsetzbaren Stellantrieb anzugeben.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst. Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung, die einzeln oder in Kombination miteinander einsetzbar sind, sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Erfindungsgemäß weist der Stellantrieb eine mittels eines Elektromagneten elektrisch ein- und ausschaltbare, berührungsfrei arbeitende magnetische Rastmomenthemmung zum Halten oder Lösen des Rotorbechers des Elektromotors des Stellantriebs, insbesondere zum Halten oder Lösen der (radialen) Außenseite des Rotorbechers.
Insbesondere umfasst der Stellantrieb ein Gehäuse zur Aufnahme der Komponenten des Stellantriebs, d.h. des Elektromotors, des Reduziergetriebes, des Stellelements sowie des Elektromagneten. Die zuvor genannten Komponenten sind vorzugsweise auf einer Grund- oder Trägerplatte im Gehäuse des Stellantriebs angeordnet. Der Elektromagnet ist fest im Gehäuse bzw. auf der Grund- oder Trägerplatte angeordnet.
Der Elektromagnet umfasst zumindest zwei, vorzugsweise genau zwei Polschuhe, die jeweils unter Ausbildung eines im Wesentlichen unveränderlichen (maximalen) Luftspalts einer Außenseite, vorzugsweise eine radialen Außenseite des Rotorbechers gegenüberliegen. Der Luftspalt weist insbesondere Werte im Bereich von 0.5 mm bis 3 mm, vorzugsweise von 1 mm bis 2 mm, auf. An den zwei Polschuhen liegt im eingeschalteten Zustand des Elektromagneten ein Magnetfeld an. Dabei liegt an dem einen Polschuh ein magnetischer Nord- oder Südpol und am anderen Polschuh ein magnetischer Süd- oder Nordpol an. Mit „eingeschaltet“ ist hier gemeint, dass der Elektromagnet ein dauerhaftes Magnetfeld an seinen Polschuhen bereitstellt.
Der Rotorbecher weist vorzugsweise eine zylinderförmige radiale Außenseite und eine kreisförmige axiale Außenseite auf. Vorzugsweise ist der Rotorbecher derart bemessen, dass der doppelte Außenradius (Durchmesser) größer ist als die axiale Bauhöhe des Rotorbechers. An der Außenseite des Rotorbechers sind in Umlaufrichtung zu einer Drehachse des Rotorbechers bzw. des Elektromotors verteilt angeordnete (magnetische) Anker angeordnet oder ausgebildet. Die Anker sind geometrisch derart auf die beiden gegenüberliegenden Polschuhe des Elektromagneten ausgebildet bzw. ausgestaltet, dass diese im eingeschalteten Zustand des Elektromagneten mit den Polschuhen des Elektromagneten im Sinne eine Rastmomentrads magnetisch verrasten können.
Zum Halten des Rotorbechers in einer Rotorhalteposition ist ein erster kurzzeitiger Stromimpuls derart in eine Spulenanordnung des Elektromagneten einprägbar, dass nachfolgend ein in einem magnetischen Spulenkern des Elektromagneten noch vorhandenes Remanenzmagnetfeld zum Bereitstellen der magnetischen Rastmomenthemmung verbleibt. Zum Lösen des Rotorbechers in einer Rotorfreilaufposition ist ein zweiter kurzzeitiger Stromimpuls mittels der Schaltungsanordnung in die Spulenanordnung einprägbar, dass nachfolgend das im Spulenkern noch vorhandene Remanenzmagnetfeld zum Aufheben der magnetischen Rastmomenthemmung im Wesentlichen abgebaut ist. Der magnetische Spulenkern kann auch als Magnetkern bezeichnet werden.
Unter magnetischer Remanenz bzw. Restmagnetismus versteht man diejenige Magnetisierung, die ein vorher durch ein externes Magnetfeld, z.B. mittels einer stromdurchflossenen Spule oder eines Permanentmagneten, gesättigtes magnetisiertes Teilchen nach Entfernen des äußeren Feldes beibehält. Mit „kurzzeitigem“ Stromimpuls ist eine Pulslänge im Bereich von 5 ms bis 200 ms, insbesondere im Bereich von 10 ms bis 50 ms, gemeint.
Mit „im Wesentlichen abgebaut“ ist hier gemeint, dass der magnetische Induktionswert des abgebauten Referenzmagnetfelds maximal das 0.1-fache, vorzugsweise maximal das 0.05-fache, des magnetischen Induktionswerts des nach dem ersten kurzzeitigen Stromimpuls verbleibenden Remanenzmagnetfelds beträgt.
Der große Vorteil der Erfindung liegt darin, dass der Stellantrieb in der Rotorhalteposition bzw. in der Betätigungsstellung und somit so gesehen für die überwiegende Zeit eine erheblich geringere mittlere elektrische Leistung benötigt. Entsprechend reduziert sich der gesamte Strom- bzw. Energiebedarf über die Betriebszeit des Stellantriebs hinweg.
Alternativ dazu ist zum Halten des Rotorbechers in einer Rotorhalteposition ein (gepulster) Erregerstrom mit einem mittleren (konstanten) Erregerstromwert in eine Spulenanordnung des Elektromagneten zum Aufbau eines Dauermagnetfelds zum Bereitstellen der magnetischen Rastmomenthemmung einprägbar. Zum Lösen des Rotorbechers in einer Rotorfreilaufposition ist ein (gepulster) Minimalstrom mit einem mittleren (konstanten) Minimalstromwert derart in eine Spulenanordnung einprägbar, dass nachfolgend das im Spulenkern erzeugte Minimalmagnetfeld zum Aufheben der magnetischen Rastmomenthemmung im Wesentlichen abgebaut ist. Der mittlere Minimalstromwert beträgt insbesondere maximal nur das 0.1-fache des mittleren Erregerstromwerts. Vorzugsweise weist der mittlere Minimalstromwert einen Wert von (nahezu) 0 Ampere auf. Mit anderen Worten ist der Elektromagnet in der Rotorfreilaufposition unbestromt.
Ein weiterer großer Vorteil ist, dass wegen der typischerweise sehr hohen Getriebeuntersetzung im Bereich von 1:5000 bis 1:25000 und wegen des am Rotorbecher radial außenliegend angreifenden Rastmoments nur eine verhältnismäßig kleine Haltekraft von weniger als 1 N, insbesondere von weniger als 0.1 N, erforderlich ist, um das Stellelement des Stellantriebs sicher in der Betätigungsstellung zu halten. Hierfür weist das Reduziergetriebe eine Untersetzung im Bereich von 1:500 bis 1:25000, vorzugsweise von 1:1000 bis 1:10000, auf.
Die Spulenanordnung kann eine (einzige) um den Spulenkern gewickelte Spule bzw. Wicklung aufweisen, wobei die Spule bzw. Wicklung dann mittels eines Erregerstroms mit positivem und negativem Vorzeichen bestromt werden kann. Die Spulenanordnung kann alternativ auch zwei um den Spulenkern gewickelte Spulen bzw. Wicklungen aufweisen, die separat mit einem Erregerstrom bestromt werden können.
Weiter gemäß Erfindung weist der Elektromagnet eine Spulenanordnung auf, welche einen magnetischen Spulenkern mit zwei Polschuhen zum möglichen Ausbilden zweier Magnetpole umschließt. Der Elektromagnet ist derart ausgestaltet und zum Rotorbecher angeordnet, dass die zwei Polschuhe unter Ausbildung je eines Luftspaltes einer Außenseite des Rotorbechers gegenüberliegen. Der Rotorbecher weist an seiner Außenseite derart in Umfangrichtung um die Drehachse des Elektromotors verteilt angeordnete Anker auf, dass zumindest einer der Anker mit den zwei Polschuhen des Elektromagneten zur möglichen Bereitstellung einer Rastmomenthemmung magnetisch verrasten kann. Es ist zum Halten des Rotorbechers in einer Rotorhalteposition ein erster kurzzeitiger Stromimpuls mittels einer Schaltungsanordnung in die Spulenanordnung einprägbar, sodass nachfolgend ein im magnetischen Spulenkern noch vorhandenes Remanenzmagnetfeld zum Bereitstellen der Rastmomenthemmung verbleibt. Es ist zum Lösen des Rotorbechers in einer Rotorfreilaufposition ein zweiter kurzzeitiger Stromimpuls mittels der Schaltungsanordnung in die Spulenanordnung einprägbar, sodass nachfolgend das im magnetischen Spulenkern noch vorhandene Remanenzmagnetfeld zum Aufheben der Rastmomenthemmung im Wesentlichen abgebaut ist.
Der magnetische Kurzschluss des an den zwei Polschuhe des Elektromagneten anliegenden Remanenzmagnetfelds durch den jeweils konstruktiv darauf abgestimmten Anker am Rotorbecher bewirkt auf sehr effektive Weise ein hohes magnetisches Rastmoment am Rotorbecher. Dabei ist der Anker bzw. sind die Anker dazu ausgebildet bzw. ausgestaltet, den magnetischen Fluss des Remanenzmagnetfelds zwischen den beiden Polschuhen des Elektromagneten über den bzw. die Anker und über den jeweiligen Luftspalt hinweg mit möglichst geringerem magnetischen Widerstand zu führen. Hierzu ist eine Mindestkraft bzw. ein Mindestmoment und somit eine mechanische Mindestenergie erforderlich, um den Anker bzw. um die Anker relativ zu den beiden Polschuhen aus der magnetisch verrasteten Drehposition heraus zu bewegen. Dieses Mindestmoment entspricht dabei dem magnetischen Rastmoment.
Nach einer Ausführungsform ist der Elektromagnet derart zum Rotorbecher angeordnet, dass die zwei Polschuhe der radialen Außenseite des Rotorbechers unter Ausbildung je eines Luftspaltes gegenüberliegen, wobei der Rotorbecher an seiner radialen Außenseite derart angeordnete Anker aufweist, dass zumindest ein Anker in einer magnetischen Raststellung mit den zwei Polschuhen des Elektromagneten einen verrastenden magnetischen Kurzschluss bildet.
Insbesondere sind die an der radialen Außenseite des Rotorbechers angeordneten Anker in Umfangrichtung um die Drehachse des Elektromotors verteilt angeordnet, wobei zumindest ein Anker in einer magnetischen Raststellung mit den zwei gleichfalls in Umfangrichtung um die Drehachse des Elektromotors angeordneten Polschuhen des Elektromagneten einen verrastenden magnetischen Kurzschluss bildet.
Alternativ oder zusätzlich dazu können sich die an der radialen Außenseite des Rotorbechers angeordneten Anker in axialer Richtung zur Drehachse des Elektromotors erstrecken, wobei zumindest ein Anker in einer magnetischen Raststellung mit den zwei gleichfalls in axialer Richtung zur Drehachse des Elektromotors angeordneten Polschuhen des Elektromagneten einen verrastenden magnetischen Kurzschluss bildet.
Weiter alternativ kann der Elektromagnet auch derart ausgestaltet und zum Rotorbecher angeordnet sein, dass die zwei Polschuhe unter Ausbildung je eines Luftspaltes einer axialen Außenseite des Rotorbechers gegenüberliegen. Der Rotorbecher weist an seiner axialen Außenseite derart in Umfangrichtung um die Drehachse des Elektromotors verteilt angeordnete Anker auf, dass zumindest einer der Anker mit den zwei Polschuhen des Elektromagneten zur möglichen Bereitstellung einer Rastmomenthemmung magnetisch verrasten kann. Vorzugsweise liegen die an der axialen Außenseite verteilt angeordneten Anker radial möglichst weit weg von der Drehachse des Elektromotor bzw. des Rotorbechers. Die axiale Außenseite des Rotorbechers ist hierbei ein entfernt zur Grundplatte des Stellantriebs gelegener Boden des Rotorbechers. In diesem Fall ist der Rotorbecher zwischen dem Elektromagneten und der Grundplatte angeordnet.
Weiterhin alternativ dazu kann die axiale Außenseite des Rotorbechers ein der Grundplatte des Stellantriebs direkt gegenüberliegende Rand des Rotorbechers sein. In diesem Fall ist die Grundplatte zwischen dem Elektromagneten und dem Rotorbecher angeordnet.
Die an der radialen Außenseite des Rotorbechers angeordneten Anker können z.B. durch entsprechende, vorzugsweise nutenförmige Aussparungen im Rotorbecher gebildet sein, welche die jeweiligen Anker voneinander trennen. Die Aussparungen können z.B. Ausfräsungen in der radialen Außenseite des Rotorbechers sein. Alternativ oder zusätzlich können die Anker Teile eines geschlossenen Reifs oder Rings sein. Ein solcher Reif oder Ring kann auf dem Rotorbecher aufgesteckt sein und somit einen kombinierten Rotorbecher bilden. Der Reif oder Ring ist aus einem magnetischen Werkstoff, insbesondere aus einem weichmagnetischen Werkstoff, hergestellt.
Mit „weichmagnetisch“ ist gemeint, dass die für den Reif oder Ring in Frage kommenden weichmagnetischen Werkstoffe, wie Eisen-, Kobalt-, Nickellegierungen oder Ferrite, sich in einem Magnetfeld leicht magnetisieren lassen. Insbesondere ist der Reif oder Ring aus sogenanntem kornorientierten Elektrostahl hergestellt. Die Polarisation führt in allen weichmagnetischen Werkstoffen zu einer vielfach höheren magnetischen Flussdichte, als sie das von außen wirkende magnetische Feld in Luft erzeugt. Die weichmagnetischen Werkstoffe für den Spulenkern besitzen insbesondere eine Koerzitivfeldstärke von weniger als 1000 A/m, vorzugsweise von weniger als 500 A/m.
Nach einer weiteren Ausführungsform bildet der Rotorbecher an seiner radialen Innenseite eine Anzahl N von in Umfangrichtung zur Drehachse des Elektromotors verteilt angeordnete Permanentmagnetpole aus. Die Permanentmagnetpole liegen einer radialen Außenseite des Stators gegenüber und erstrecken sich jeweils in axialer Richtung zur Drehachse des Elektromotors. Es ist an der radialen Außenseite des Rotorbechers eine der Anzahl N der Permanentmagnetpole entsprechende Anzahl N von Ankern angeordnet. Die Anker sind in Umfangrichtung zur Drehachse des Elektromotors auf Lücke zu den Permanentmagnetpolen angeordnet. Durch diese Anordnung wird eine Auswirkung des von den Permanentmagnetpolen an der radialen Innenseite des Rotorbechers gebildeten Permanentmagnetfelds und dann weiter auf die radial außenliegenden Anker minimiert.
Nach einer Ausführungsform ist der magnetische Spulenkern des Elektromagneten aus einem magnetischen, insbesondere hartmagnetischen Werkstoff, mit einer Koerzitivfeldstärke K_C von mindestens 1000 A/m, insbesondere von mindestens 3000 A/m, hergestellt. Ein derartiger Werkstoff führt dazu, dass dieser weitestgehend unempfindlich gegenüber extern vorhandene magnetische Störfelder ist. Eine nachteilige Entmagnetisierung des magnetischen Spulenkerns ist dabei nahezu ausgeschlossen.
Insbesondere weist der magnetische Werkstoff, insbesondere der hartmagnetische Werkstoff, des Spulenkerns zusätzlich eine Remanenzflussdichte B_R von mindestens 0.5 T, insbesondere von mindestens 1 T, auf. Dies führt vorteilhaft zu einem Remanenzmagnetfeld an den Polschuhen des Elektromagneten mit besonders hohen Werten für die magnetische Induktion und letztlich zu einem hohen Rastmoment am Rotorbecher.
Hartmagnetische Werkstoffe sind z.B. Legierungen aus Kobalt-Samarium, Neodym-Eisen-Bor, Aluminium-Nickel-Cobalt, Platin-Kobalt, Kupfer-Nickel-Eisen, Kupfer-Nickel-Kobalt, Eisen-Kobalt-Chrom, Mangan-Aluminium-Kohlenstoff. Geeignete hartmagnetische Werkstoffe sind ferner Hartferrite auf Basis von Barium und Strontium.
Einer weiteren Ausführungsform weist die Schaltungsanordnung eine Steuereinheit und zumindest ein durch die Steuereinheit ansteuerbares Schaltelement auf, um den ersten oder zweiten kurzzeitigen Stromimpuls in die Spulenanordnung des Elektromagneten einzuprägen. Die Steuereinheit ist insbesondere eine prozessorgestützte Steuereinheit und vorzugsweise ein Mikrocontroller. Das Schaltelement ist z.B. ein Wechselschalter. Das Schaltelement kann alternativ durch zwei Einzelschaltelemente oder durch eine Vollbrücke mit vier Einzelschaltelementen realisiert sein. Die Schaltelemente sind insbesondere Schalttransistoren, vorzugsweise sogenannte FET.
Insbesondere weist die Spulenanordnung eine elektrische Spule auf. Letztere ist in Reihe zu einem Kondensator geschaltet. Die Reihenschaltung ist mit einem ersten Ende an ein gemeinsames Bezugspotenzial geschaltet, wobei ein zweites Ende über das zumindest eine Schaltmittel an eine Versorgungsspannung oder an das gemeinsame Bezugspotenzial schaltbar ist. Der Induktivitätswert der elektrischen Spule und der Kapazitätswert des Kondensators sind derart bemessen, dass beim Schalten des zweiten Endes der Reihenschaltung an die Versorgungsspannung der erste kurzzeitige Stromimpuls in die elektrische Spule einprägbar ist und dass beim Schalten des zweiten Endes der Reihenschaltung an das gemeinsame Bezugspotenzial der zweite kurzzeitige Stromimpuls mit umgekehrter Stromrichtung in die elektrische Spule einprägbar ist. Das gemeinsame Bezugspotenzial ist typischerweise die Masse. Die Versorgungsspannung weist typischerweise gegenüber dem ersten Bezugspotenzial einen konstanten positiven Spannungswert auf, wie z.B. +5V oder +12V. Sie kann alternativ auch einen negativen Spannungswert aufweisen.
Eine derartige Schaltungsanordnung benötigt vorteilhaft nur wenige Komponenten. Zusätzlich stellt die im Kondensator gespeicherte elektrische Energie sicher, dass auch bei Ausfall der Stromversorgung sicher eine ausreichende Entmagnetisierung des Spulenkerns möglich ist, um die magnetische Rastmomenthemmung in der Rotorfreilaufposition zu lösen. Dadurch kann das Stellelement angetrieben durch die Rückstellfeder zuverlässig in die sichere Ruhestellung zurückverfahren.
Ein weiterer großer Vorteil ist, dass die Schaltungsanordnung nach dem erfolgten Aufladen des Kondensators in der Rotorhalteposition keine nennenswerte elektrische Leistung benötigt.
Insbesondere sind der Induktivitätswert der elektrischen Spule und der Kapazitätswert des Kondensators zudem derart bemessen, dass sich beim Schalten des zweiten Endes der Reihenschaltung an das gemeinsame Bezugspotenzial eine kurzzeitige abklingende sinusförmige Stromimpulsschwingung zum Entmagnetisieren des magnetischen Spulenkerns des Elektromagneten einstellt. Die abklingende sinusförmige Stromimpulsschwingung kann z.B. 5 bis 20 Schwingungsamplituden aufweisen. Dadurch ist vorteilhaft eine nahezu vollständige Entmagnetisierung des Spulenkerns möglich.
Nach einer Ausführungsform weist der Stellantrieb einen im Polschuhbereich angeordneten Magnetfeldsensor zur Erfassung eines magnetischen Induktionswerts auf. Der Magnetfeldsensor, vorzugsweise ein Hallsensor, ist mit der Steuereinheit des Stellantriebs verbunden. Die Steuereinheit ist dazu eingerichtet, das Schaltelement der Schaltungsanordnung zur Einprägung des ersten Stromimpulses mit einer ersten vorgegebenen Pulslänge anzusteuern, nach Beendigung des Einprägens einen aktuellen magnetischen Induktionswert zu erfassen und für den Fall, dass ein aktuell erfasster magnetischer Induktionswert einen vorgegebenen oberen Grenzwert nicht überschreitet, wiederholt den ersten Stromimpuls mit zunehmend längerer erster Pulslänge einzuprägen, bis nach dessen Beendigung ein aktueller magnetischer Induktionswert den vorgegebenen oberen Grenzwert überschreitet.
Dadurch ist es vorteilhaft möglich, den Elektromagneten dahingehend zu überwachen, dass der obere Grenzwert der magnetischen Induktion des an den Polschuhen des Elektromagneten wirkenden Remanenzmagnetfelds sicher erreicht wird, um den Rotorbecher sicher in der Rotorhalteposition festzuhalten.
Alternativ oder zusätzlich ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, das Schaltelement zur Einprägung des zweiten Stromimpulses mit einer zweiten vorgegebenen Pulslänge anzusteuern, nach Beendigung des Einprägens einen aktuellen magnetischen Induktionswert zu erfassen und für den Fall, dass der erfasste magnetische Induktionswert einen vorgegebenen unteren Grenzwert nicht unterschreitet, wiederholt den zweiten Stromimpuls mit zunehmend längerer zweiter Pulslänge einzuprägen, bis nach dessen Beendigung ein aktueller Induktionswert den vorgegebenen unteren Grenzwert unterschreitet.
Dadurch ist es vorteilhaft möglich, den Elektromagneten dahingehend zu überwachen, dass der untere Grenzwert der magnetischen Induktion des an den Polschuhen des Elektromagneten wirkenden Remanenzmagnetfelds sicher nicht überschritten wird, um dann den Rotorbecher in der Rotorfreihalteposition sicher zu lösen.
Insbesondere liegt der untere Grenzwert der magnetischen Induktion in einem Bereich des 0.05- bis 0.2-fachen des oberen Grenzwerts der magnetischen Induktion.
Einer weiteren Ausführungsform zufolge weist die Spulenanordnung des Elektromagneten zumindest eine elektrische Spule auf. Es ist parallel zu einer dieser elektrischen Spulen eine Spannungserfassungseinheit zur Erfassung eines Spannungssignals geschaltet. Die Spannungserfassungseinheit ist mit der Steuereinheit verbunden. Die Steuereinheit ist dazu eingerichtet, das Spannungssignal auf das Vorhandensein von sich wiederholenden Spannungsimpulsen zu analysieren und diese als Drehimpulse an eine Motorsteuereinheit des Stellantriebs zur Steuerung des Elektromotors auszugeben. Die Erfassung des Spannungssignals kann z.B. über einen A/D-Umsetzer erfolgen. Letzterer kann bereits in der Steuereinheit bzw. im Mikrocontroller integriert sein. Die Analyse des Spannungssignals auf das Vorhandensein von sich wiederholenden Spannungsimpulsen kann z.B. mittels einer PLL-Schaltung (PLL für Phased-Locked-Loop) oder mittels einer in Software realisierten PLL-Funktion erfolgen, die durch die Steuereinheit ausgeführt wird.
Nach einer Ausführungsform weist die Spulenanordnung des Elektromagneten zumindest eine elektrische Spule auf. Es ist parallel zu einer dieser elektrischen Spulen eine Reihenschaltung aus einem Schaltelement und aus einem (ohmschen) Widerstand geschaltet. Die Steuereinheit ist in einer Bremsbetriebsart des Stellantriebs dazu eingerichtet, einen dritten kurzzeitigen Stromimpuls mittels der Schaltungsanordnung in die Spulenanordnung derart einzuprägen, dass nachfolgend ein im magnetischen Spulenkern noch vorhandenes Remanenzmagnetfeld zum Bereitstellen eines Rotorbremsmoments verbleibt. Der magnetische Induktionswert des für die Bremsbetriebsart vorgesehenen Remanenzmagnetfelds ist betragsmäßig kleiner als der magnetische Induktionswert des für die Rotorhalteposition vorgesehenen Remanenzmagnetfelds. Er liegt insbesondere in einem Bereich des 0.1- bis 0.4-fachen des magnetischen Induktionswerts des für die Bremsbetriebsart vorgesehenen Remanenzmagnetfelds. Die Steuereinheit ist schließlich dazu eingerichtet, das Schaltelement zum Aufbringen des Rotorbremsmoments schließend oder getaktet schließend anzusteuern.
Mit dem getakteten Schließen ist sogar eine gestufte bis stufenlose Einstellung des Rotorbremsmoments möglich. Dadurch ist vorteilhaft ein schonendes und verschleißfreies Abbremsen des Rotorbechers und somit des Stellelements mit der angeschlossenen Last (z.B. Ventil, Klappe) möglich.
Einer weiteren Ausführungsform zufolge ist die Steuereinheit zum Empfangen eines Stellsignals und zum entsprechenden Ansteuern des Elektromotors zum Verfahren des Stellelements von einer vorgegebenen ersten Stellposition zu einer vorgegebenen zweiten Stellposition eingerichtet. Die Steuereinheit ist dazu eingerichtet, die Schaltungsanordnung zur Ansteuerung des Elektromagneten derart anzusteuern, dass vor oder mit dem Ansteuern des Elektromotors zum Verfahren des Stellelements von der ersten Stellposition zur zweiten Stellposition der Stellantrieb von der Rotorhalteposition in die Rotorfreilaufposition wechselt. Die Steuereinheit ist schließlich dazu eingerichtet, die Schaltungsanordnung derart anzusteuern, dass mit oder nach Erreichen der zweiten Stellposition der Stellantrieb von der Rotorfreilaufposition in die Rotorhalteposition wechselt. Die Steuereinheit kann z.B. ein übergeordneter Mikrocontroller des Stellantriebs sein. Das Stellsignal kann z.B. über ein Anschlusskabel des Stellantriebs oder drahtlos von einem übergeordneten Steuergerät empfangen werden. Das Stellsignal kann alternativ auch selbst durch die Steuereinheit bereitgestellt werden, wie z.B. in Abhängigkeit von der Uhrzeit, vom Wochentag oder von der Temperatur.
Diese Ausführungsform ist besonders vorteilhaft bei nicht-fehlersicheren Stellantrieben. Durch den zeitlichen abgestimmten Wechsel von der Rotorhalteposition in die Rotorfreilaufposition und wieder zurück ist für das Verfahren des Stellelements vorteilhaft kein Rastmomentrad erforderlich.
Ein weiterer Vorteil ist, dass durch den Wegfall des Rastmoments in der Rotorfreilaufposition keine störenden mechanischen Vibrationen entstehen, die dann über den gesamten Antriebsstrang nachteilig als akustischer Körperschall in das angeschlossene Ventil oder in die angeschlossene Klappe eingekoppelt werden können.
Nach einer zur vorherigen Ausführungsform alternativen Ausführungsform ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, den Elektromotor beim Einschalten der Stromversorgung des Stellantriebs oder beim Empfang eines Einschaltsignals zum Verfahren des Stellelements von einer sicheren Ruhestellung zu einer Betätigungsstellung anzusteuern. Das Einschaltsignal kann von einem übergeordneten Steuergerät stammen und z.B. über das Anschlusskabel des Stellantriebs oder drahtlos durch die Steuereinheit empfangen werden. Der Stellantrieb weist eine Rückstellfeder zum Bereitstellen eines auf das Stellelement wirkenden Rückstellmoments zum selbsttätigen Verfahren des Stellelements in die sichere Ruhestellung auf, insbesondere bei Wegfall der Stromversorgung für den Stellantrieb. Das Rückstellmoment bewirkt dabei über das Reduziergetriebe ein Rotorrückstellmoment am Elektromotor. Das mittels des Elektromagneten auf den Rotorbecher in der Rotorhalteposition aufgebrachte Haltemoment ist dabei größer als das auf den Rotorbecher einwirkende Rotorrückstellmoment, insbesondere mindestens 1.5-mal bis 3-mal so groß. Dadurch wird sichergestellt, dass der Stellantrieb zuverlässig in der Betätigungsstellung verbleibt.
Die Steuereinheit ist dazu eingerichtet, die Schaltungsanordnung bei Empfang eines Ausschaltsignals derart anzusteuern, dass der Stellantrieb von der Rotorhalteposition in die Rotorfreilaufposition wechselt und nachfolgend das Stellelement selbsttätig in die sichere Ruhestellung zurückverfährt. Das Ausschaltsignal kann von einem übergeordneten Steuergerät stammen und z.B. über das Anschlusskabel des Stellantriebs oder drahtlos durch die Steuereinheit empfangen werden. Alternativ dazu kann die Schaltungsanordnung derart eingerichtet sein, dass der Stellantrieb bei Wegfall der Stromversorgung von der Rotorhalteposition in die Rotorfreilaufposition wechselt und nachfolgend das Stellelement selbsttätig in die sichere Ruhestellung zurückverfährt.
Schließlich ist die Steuereinheit nach einer zu den beiden vorangegangenen Ausführungsformen alternativen Ausführungsform dazu eingerichtet, den Elektromotor beim Einschalten der Stromversorgung des Stellantriebs oder beim Empfang eines Einschaltsignals zum Verfahren des Stellelements von einer sicheren Ruhestellung zu einer Betätigungsstellung anzusteuern. Der Stellantrieb weist eine Rückstellfeder zum Bereitstellen eines auf das Stellelement wirkenden Rückstellmoments zum selbsttätigen Verfahren des Stellelements in die sichere Ruhestellung auf, insbesondere bei Wegfall der Stromversorgung für den Stellantrieb. Dabei bewirken eine am Stellanschluss angeschlossene Klappe oder ein am Stellanschluss angeschlossenes Ventil sowie die Rückstellfeder ein Gesamtmoment auf das Stellelement, wobei das Gesamtmoment über das Reduziergetriebe ein Rotorgesamtmoment am Rotorbecher bewirkt. Das mittels des Elektromagneten auf den Rotorbecher des Elektromotors in der Rotorhalteposition aufgebrachte Haltemoment ist dabei größer als das auf den Rotorbecher einwirkende Rotorgesamtmoment, insbesondere mindestens 1.5-mal bis 3-mal so groß. Dadurch wird sichergestellt, dass der Stellantrieb auch unter Berücksichtigung der angeschlossenen Lasten wie Klappen oder Ventile zuverlässig in der Betätigungsstellung verbleibt. Dabei wird das durch die angeschlossene Klappe oder das durch das angeschlossene angeschlossenes Ventil am Stellanschluss wirkende Lastmoment grundsätzlich als bekannt vorausgesetzt.
Die Steuereinheit ist dazu eingerichtet, die Schaltungsanordnung bei Empfang eines Ausschaltsignals derart anzusteuern, dass der Stellantrieb von der Rotorhalteposition in die Rotorfreilaufposition wechselt und nachfolgend das Stellelement selbsttätig in die sichere Ruhestellung zurückverfährt. Alternativ dazu kann die Schaltungsanordnung derart eingerichtet sein, dass der Stellantrieb bei Wegfall der Stromversorgung von der Rotorhalteposition in die Rotorfreilaufposition wechselt und nachfolgend das Stellelement selbsttätig in die sichere Ruhestellung zurückverfährt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und die in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den 1 bis 7 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen. Es zeigen schematisch:

1 eine Schnittdarstellung durch einen beispielhaften Stellantrieb mit einer mittels eines Elektromagneten elektrisch ein- und ausschaltbaren, berührungsfrei arbeitenden magnetischen Rastmomenthemmung zum Halten oder Lösen eines Rotorbechers eines Elektromotors des Stellantriebs gemäß der Erfindung,
2 das Beispiel gemäß 1 in einer Draufsicht und mit an einer radialen Außenseite des Rotorbechers angeordneten Ankern gemäß einer Ausführungsform und gemäß der in 1 eingezeichneten Blickrichtung II,
3 eine Schnittdarstellung durch einen beispielhaften Stellantrieb gemäß einer weiteren Ausführungsform mit zwei gleichen, sich gegenüberliegenden und durch einen Bügel verbundenen Elektromagneten,
4 eine Draufsicht auf den Stellantrieb mit dem Elektromotor und mit den beiden Elektromagneten gemäß der in 3 eingezeichneten Blickrichtung IV,
5 das Prinzip einer beispielhaften Schaltungsordnung zur wahlweisen Ansteuerung des Elektromagneten für ein mögliches Halten oder Lösen des Rotorbechers mittels eines ersten und zweiten in die Spulenanordnung des Elektromagneten einprägbaren Stromimpulses,
6 das Prinzip einer zweiten beispielhaften Schaltungsordnung mit einer Spulenanordnung mit zwei elektrischen Spulen, mit einem Magnetfeldsensor, mit einer Spannungserfassungseinheit zur Bereitstellung von Drehimpulsen und mit einem Bremswiderstand, und
7 das Prinzip einer dritten beispielhaften Schaltungsordnung mit einer Spulenanordnung in einer Vollbrücke, mit einer Spannungserfassungseinheit zur Bereitstellung von Drehimpulsen und mit einem Bremswiderstand.

1 zeigt eine Schnittdarstellung durch einen beispielhaften Stellantrieb mit einer mittels eines Elektromagneten MAG elektrisch ein- und ausschaltbaren, berührungsfrei arbeitenden magnetischen Rastmomenthemmung zum Halten oder Lösen eines Rotorbechers RO eines Elektromotors MO des Stellantriebs gemäß der Erfindung.
Der gezeigte Stellantrieb ist für eine Klappe oder für ein Ventil zum Einstellen eines gasförmigen oder flüssigen Volumenstroms vorgesehen. Der Stellantrieb weist weiter einen auf einer gehäusefesten Grund- oder Trägerplatte GP angeordneten Elektromotor MO auf. Der Elektromotor MO ist in einem nicht weiter gezeigten Gehäuse des Stellantriebs aufgenommen. Letzterer umfasst einen auf der Grundplatte GP bzw. einen auf einem Schaltungsträger LP des Stellantriebs fest angeordneten, als Mehrfach-Anker ausgebildeten Stator ST mit einer Mehrzahl von Ankerspulen. Die Ankerspulen des Stators ST werden über eine elektronische Motorsteuerung TR des Stellantriebs phasengesteuert mit Strom gespeist. Der Schaltungsträger LP ist seinerseits fest auf der Grundplatte GP angeordnet. Koaxial bzw. radial außenliegend zum Stator ST ist ein als Rotorbecher RO ausgeführter Rotor (Außenläufer) angeordnet. Der Rotorbecher RO umfasst typischerweise eine Mehrzahl von Permanentmagneten PM, die sich im Bezug zur Drehachse A in Umfangrichtung entlang der radialen Innenseite des Rotorbechers RO abwechseln. Der Rotorbecher RO umfasst weiter eine Motorwelle W, die im Beispiel durch die im Gehäuse des Stellantriebs angeordnete Grundplatte GP hindurchgeführt ist und in einem Motorzahnrad MZ als Teil eines Reduziergetriebes G des Stellantriebs endet. Das Motorzahnrad MZ ist im kämmenden Eingriff mit einem Zahnrad ZR des Getriebes G.
Das Reduziergetriebe G weist typischerweise noch mehrere hintereinander geschaltete, insbesondere in der Grundplatte GP gelagerte Zahnräder für die gewünschte Untersetzung eines Stellelements des Stellantriebs auf. Das Stellelement kann z.B. ein Zahnsegment sein. Das Stellelement selbst weist einen Stellanschluss zum Anschluss des Stellantriebs an der eingangs genannten Klappe oder an dem eingangs genannten Ventil als Last auf. Je nach Ausgestaltung des Abtriebs ist am Stellanschluss eine vorgebbare Drehbewegung um eine Stellachse des Stellantriebs oder eine vorgebbare lineare Stellbewegung entlang der Stellachse möglich.
Im vorliegenden Beispiel ist das Reduziergetriebe G mit einer Rückstellfeder RF verbunden, welche in einer Betätigungsstellung des Stellantriebs vorgespannt ist und welche bei Ausfall- oder Wegfall der Stromversorgung des Stellantriebs das Stellelement über das Reduziergetriebe G in eine sichere Ruhestellung des Stellantriebs zurückfährt. Ein derartiger Stellantrieb wird als fehlersicherer (fail-safe) Stellantrieb oder auch als Spring-Return-Stellantrieb bezeichnet. Im Beispiel ist die Rückstellfeder RF eine Roll- oder Triebfeder.
Gemäß der Erfindung umfasst der Stellantrieb eine mittels eines Elektromagneten MAG elektrisch ein- und ausschaltbare, berührungsfrei arbeitende magnetische Rastmomenthemmung zum Halten oder Lösen des Rotorbechers RO. Im vorliegenden Beispiel sind zwei verschiedene Ausgestaltungen des Elektromagneten MAG gezeigt, und zwar im linken Teil der 1 und im rechten Teil der 1.
Allgemein umfasst der Elektromagnet MAG eine Spulenanordnung SP, welche einen magnetischen Spulenkern MK mit zwei Polschuhen P1, P2 zum möglichen Ausbilden zweier Magnetpole N, S; S, N umschließt. Der Elektromagnet MAG ist dabei derart ausgestaltet und zum Rotorbecher RO angeordnet, dass die zwei Polschuhe P1, P2 unter Ausbildung je eines Luftspaltes LS einer Außenseite RA, AA des Rotorbechers RO gegenüberliegen. Im vorliegenden Beispiel liegen die beiden Elektromagneten MAG einer radialen Außenseite RA des Rotorbechers RO gegenüber. Der Rotorbecher RO weist an seiner radialen Außenseite RA derart in Umfangrichtung um die Drehachse A des Elektromotors MO verteilt angeordnete Anker AK auf (siehe dazu 2), dass zumindest einer der Anker AK mit den zwei Polschuhen P1, P2 des Elektromagneten MAG zur möglichen Bereitstellung einer Rastmomenthemmung magnetisch verrasten kann. Mit r ist in diesem Zusammenhang der Radius und mit H die axiale bauliche Höhe des Rotorbechers RO bezeichnet.
Alternativ zu der in der 1 dargestellten, figürlich nicht gezeigten Anordnung kann ein Elektromagnet MAG derart der axialen Außenseite AA des Rotorbechers RO gegenüberliegen, dass dessen Polschuhe P1, P2 unter Ausbildung je eines Luftspalts LS mit zumindest einem an der axialen Außenseite AA des Rotorbechers RO angeordneten bzw. ausgebildeten Anker AK magnetisch verrasten können. Die Anker AK sind dabei gleichmäßig in Umfangrichtung um die Drehachse A des Elektromotors MO an der axialen Außenseite AA verteilt angeordnet. Sie können durch bereits im Rotorbecher RO vorhandene Aussparungen AS', wie z.B. durch sektorförmige Aussparungen, gebildet sein (siehe 2). Die Aussparungen AS' können auch nachträglich in der axialen Außenseite AA des Rotorbechers RO eingebracht sein, wie z.B. mittels Fräsens. Mit r_M ist dabei ein Mindestradius für die sich radial nach außen erstreckenden Aussparungen AS' bezeichnet. Mit RR' ist ein so auf diese Weise gebildetes axiales Rastmomentrad bezeichnet.
Im linken Teil der 1 erstrecken sich gemäß einer Ausführungsform des Stellantriebs die an der radialen Außenseite RA des Rotorbechers RO angeordneten Anker AK in axialer Richtung zur Drehachse A des Elektromotors MO. Dabei bildet genau ein Anker AK in einer magnetischen Raststellung mit den zwei gleichfalls in axialer Richtung zur Drehachse A des Elektromotors MO angeordneten Polschuhen P1, P2 des Elektromagneten MAG einen verrastenden magnetischen Kurzschluss.
Im rechten Teil der 1 sind gemäß einer weiteren Ausführungsform des Stellantriebs die an die an der radialen Außenseite RA des Rotorbechers RO angeordneten Anker AK in Umfangrichtung um die Drehachse A des Elektromotors MO gleichmäßig verteilt angeordnet. In diesem Beispiel bilden genau zwei Anker AK in einer magnetischen Raststellung mit den zwei gleichfalls in Umfangrichtung um die Drehachse A des Elektromotors MO angeordneten Polschuhen P1, P2 des Elektromagneten MAG einen verrastenden magnetischen Kurzschluss.
Mit L ist für beide vorherigen Ausführungsformen die axiale Bauhöhe des betrachteten Elektromagneten MAG bezeichnet. Mit AS sind die nutförmigen, sich axial erstreckenden Aussparungen im Rotorbecher RO bezeichnet und mit RR ein so gebildetes (radiales) Rastmomentrad RR. Die axiale Bauhöhe L der Elektromagneten MAG erstreckt sich vorteilhafter Weise über die gesamte Bauhöhe H des Rotorbechers RO.
2 zeigt das Beispiel gemäß 1 in einer Draufsicht und mit an einer radialen Außenseite RA des Rotorbechers RO angeordneten Ankern AK gemäß einer Ausführungsform.
In dieser Darstellung ist die gleichmäßige Verteilung der Anker AK in Umfangrichtung zur Drehachse A des Elektromotors MO bzw. des Rotorbechers RO zu sehen. Im rechten Teil der 2 ist ersichtlich, dass die beiden Polschuhe P1, P2 des rechten Elektromagneten MAG mit den gegenüberliegenden Ankern AK magnetisch verrastet sind. Dagegen befinden sich die beiden Polschuhe P1, P2 des linken Elektromagneten MAG beispielhaft in einer Zwischenposition. Die beiden Polschuhe P1, P2 sind somit gerade nicht mit dem darüber oder darunter dargestelltem angrenzenden Anker AK magnetisch verrastet.
In der vorliegenden Darstellung ist das (radiale) Rastmomentrad RR als Reif RG aus einem magnetischen Werkstoff, insbesondere aus einem weichmagnetischen Werkstoff wie z.B. aus Elektrostahl, hergestellt. Der Reif RG umfasst gleichmäßig in Umfangrichtung zur Drehachse A angeordnete, radial nach außen zeigende Anker AK. Der gezeigte Reif RG kann nachträglich auf einem zylindrischen Rotorbecher RO aufgesteckt werden und zusammen mit dem Rotorbecher RO einen kombinierten Rotorbeeher bilden. Die zwischen den Ankern AK vorhandenen Aussparungen AS können z.B. durch einen nichtmagnetischen Werkstoff, wie z.B. mit einem Kunststoff, ausgefüllt sein.
Mit M_FH ist ein durch die magnetische Rastmomenthemmung bewirktes Haltemoment und mit MRF ein entgegengerichtetes, betragsmäßig kleineres Motorrückstellmoment bezeichnet, sodass der Rotorbecher RO in der Rotorhalteposition verbleibt.
3 zeigt eine Schnittdarstellung durch einen beispielhaften Stellantrieb gemäß einer weiteren Ausführungsform mit zwei gleichen, sich gegenüberliegenden und durch einen Bügel BG verbundenen Elektromagneten MAG.
Im vorliegenden Beispiel weist der Stellantrieb zwei gleich ausgebildete, sich radial zur Drehachse A des Elektromotors MO gegenüberliegende Elektromagneten MAG auf. Der Bügel BG dient dabei als Stütze, um das durch die magnetische Anziehungskraft der Polschuhe P1, P2 auf die jeweils gegenüberliegenden Anker AK bewirkte Biegemoment auf die beiden Elektromagneten MAG vorteilhaft zu kompensieren.
4 zeigt eine Draufsicht auf den Stellantrieb mit dem Elektromotor MO und mit den beiden Elektromagneten MAG gemäß der in 3 eingezeichneten Blickrichtung IV.
Im Unterschied zur vorherigen 2 erstrecken sich die in Umfangrichtung zur Drehachse A des Elektromotors MO am Rotorbecher RO angeordneten Anker AK in Umfangrichtung derart, dass ein Anker AK jeweils die beiden Polschuhe P1, P2 eines Elektromagneten MAG in Umfangrichtung überdeckt. Dadurch wird in einer magnetisch verrastenden Drehposition des Rotorbechers RO nahezu der gesamte magnetische Fluss des zwischen den beiden Polschuhen P1, P2 ausgebildeten Remanenzmagnetfelds eines Elektromagneten MAG über einen einzigen Anker AK geführt. Die gezeigte Ausführungsform kann vorteilhaft durch vergleichsweise schmale, axial verlaufende Nuten AS als Aussparungen an bzw. in der radialen Außenseite RA des Rotorbechers RO erreicht werden.
Alternativ oder zusätzlich können die Anker AK wieder Teile eines geschlossenen Reifs oder Rings RG sein. Ein solcher Reif oder Ring RG kann auf dem Rotorbecher RO aufgesteckt sein und somit einen kombinierten Rotorbecher RO bilden. Hier sind die Anker AK vom Reif oder Ring RG radial nach außen zeigende Ringsegmente RS, jeweils in Umfangrichtung unterbrochen durch die schmalen, axial verlaufenden Nuten AS.
5 zeigt das Prinzip einer beispielhaften Schaltungsordnung zur wahlweisen Ansteuerung des Elektromagneten MAG für ein mögliches Halten oder Lösen des Rotorbechers RO mittels eines ersten und zweiten in die Spulenanordnung SP des Elektromagneten MAG einprägbaren Stromimpulses für ein mögliches Aufbringen des Haltemoments M_FH. Die Schaltungsanordnung umfasst eine Reihenschaltung aus einer Spule SP1 des Elektromagneten MAG und aus einem Kondensator C sowie einen Wechselschalter WS. Das eine Ende der Reihenschaltung sowie ein Schaltkontakt des Wechselschalters WS für die Rotorfreilaufposition ist jeweils mit der Masse als gemeinsames Bezugspotenzial verbunden. Ist der gezeigte Wechselschalter WS in der Rotorhalteposition (mit „on“ gekennzeichnet) geschaltet, so wird der Kondensator C über ein über den Schaltkontakt für die Rotorhalteposition anliegendes Versorgungsspannungspotenzial V+ und über die in Reihe geschaltete Spule SP1 bis zur Sättigung des Kondensators C aufgeladen. Es stellt sich somit ein kurzzeitiger Stromimpuls durch die Spule SP1 ein, die durch die Zeitkonstante aus der Induktivität der Spule SP1 und der Kapazität des Kondensators C festgelegt ist. Durch die Spule SP1 fließt somit ein zunächst zunehmender und dann wieder abnehmender Stromimpuls unter Ausbildung eines entsprechenden Magnetfelds. Die Pulslänge des Stromimpulses liegt insbesondere im Bereich von 5 ms bis 200 ms. Mit RV ist ein optionaler Vorwiderstand bezeichnet, um die bei den Umschaltvorgängen auftretenden Stromspitzen zu begrenzen.
Wird der Wechselschalter WS von der Rotorhalteposition in die Rotorfreilaufposition (mit „off“ gekennzeichnet) geschaltet, so entlädt sich der Kondensator C über die Spule SP1 mit umgekehrter Stromrichtung und unter Ausbildung eines entsprechenden Magnetfelds mit umgekehrtem magnetischem Vorzeichen.
Der Induktivitätswert der elektrischen Spule L1 und der Kapazitätswert des Kondensators C sind derart bemessen, dass sich beim Schalten des zweiten Endes der Reihenschaltung an das gemeinsame Bezugspotenzial eine kurzzeitige abklingende sinusförmigen Stromimpulsschwingung zum Entmagnetisieren des magnetischen Spulenkerns des Elektromagneten MAG einstellt.
6 zeigt das Prinzip einer zweiten beispielhaften Schaltungsordnung mit einer Spulenanordnung SP mit zwei elektrischen Spulen SP1, SP2, mit einem Magnetfeldsensor MF, mit einer Spannungserfassungseinheit VM zur Bereitstellung von Drehimpulsen und mit einem Bremswiderstand RB.
Die beiden Spulen SP1, SP2 sind als Teil der Spulenanordnung SP an eine gemeinsame, hier positive Versorgungsspannung V+ geschaltet. Beide Spulen SP1, SP2 sind jeweils über ein Schaltelement S1, S2, vorzugsweise über jeweils einen Schalttransistor, an ein gemeinsames Bezugspotenzial (Masse) geschaltet. Die Ansteuerung der beiden Schaltelemente S1, S2 erfolgt über eine Steuereinheit MC des Stellantriebs.
Zur Einstellung der Rotorhalteposition (gekennzeichnet durch „on“) wird das erste Schaltelement S1 kurzzeitig schließend angesteuert, sodass in der Spule SP1 ein kurzzeitiger Stromimpuls zum Aufbau eines Magnetfelds im Spulenkern des Elektromagneten MAG eingeprägt wird. Nach dem Wiederöffnen des ersten Schaltelements S1 verbleibt im magnetischen Spulenkörper ein Remanenzmagnet zur Bereitstellung eines magnetischen Rastmoments an der Außenseite des Rotorbechers.
Zur Einstellung der Rotorfreilaufposition (gekennzeichnet durch „off“) wird das zweite Schaltelement S2 kurzzeitig schließend angesteuert, sodass in der Spule SP2 ein kurzzeitiger Stromimpuls zum Aufbau eines dem Remanenzmagnetfeld entgegengerichteten Magnetfelds im magnetischen Spulenkern des Elektromagneten MAG eingeprägt wird. Nach dem Wiederöffnen des zweiten Schaltelements S2 ist das vorherige Remanenzmagnet im magnetischen Spulenkörper im Wesentlichen abgebaut. Durch den Wegfall des Remanenzmagnetfelds entfällt das magnetische Rastmoment an der Außenseite des Rotorbechers, und der Rotorbecher kann sich nun frei bewegen. Im Falle eines fehlersicheren Stellantriebs kann nun das Stellelement, angetrieben durch eine vorgespannte Rückstellfeder, über das Reduziergetriebe in die sichere Ruhestellung verfahren werden.
Im linken Teil der 6 ist ein im Bereich zumindest eines der beiden, nicht weiter gezeigten Polschuhe des Elektromagneten MAG angeordneter Magnetfeldsensor MG dargestellt. Letzterer ist zur Erfassung eines aktuellen magnetischen Induktionswerts mit der Steuereinheit MC des Stellantriebs verbunden. Die Steuereinheit MC ist dabei eingerichtet, das erste Schaltelement S1 der Schaltungsanordnung zur Einprägung des ersten Stromimpulses mit einer ersten vorgegebenen Pulslänge anzusteuern, nach dessen Beendigung einen aktuellen magnetischen Induktionswert zu erfassen und für den Fall, dass der erfasste magnetische Induktionswert einen vorgegebenen oberen Grenzwert nicht überschreitet, wiederholt den ersten Stromimpuls mit zunehmend längerer erster Pulslänge einzuprägen, bis nach dessen Beendigung ein aktueller magnetischer Induktionswert den vorgegebenen oberen Grenzwert überschreitet.
Im vorliegenden Beispiel ist die Steuereinheit MC zusätzlich dazu eingerichtet, das zweite Schaltelement S2 zur Einprägung des zweiten Stromimpulses mit einer zweiten vorgegebenen Pulslänge anzusteuern, nach dessen Beendigung einen aktuellen magnetischen Induktionswert zu erfassen und für den Fall, dass der erfasste magnetische Induktionswert einen vorgegebenen unteren Grenzwert nicht unterschreitet, wiederholt den zweiten Stromimpuls mit zunehmend längerer zweiter Pulslänge einzuprägen, bis nach dessen Beendigung ein aktueller Induktionswert den vorgegebenen unteren Grenzwert unterschreitet.
Weiter ist im linken Teil der 6 ersichtlich, dass eine Spannungserfassungseinheit VM parallel zu einer der beiden Spulen, hier der ersten Spule SP1, geschaltet ist. Die Spannungserfassungseinheit VM ist zur Erfassung eines Spannungssignals mit der Steuereinheit MC verbunden. Letztere ist dazu eingerichtet, das Spannungssignal auf das Vorhandensein von sich wiederholenden Spannungsimpulsen zu analysieren und diese als Drehimpulse an eine Motorsteuereinheit des Stellantriebs zur Steuerung des Elektromotors auszugeben.
Im rechten Teil der 6 ist eine Reihenschaltung aus einem (ohmschen) Bremswiderstand RB und aus einem weiteren Schaltelement SB gezeigt, die parallel an einer der beiden Spulen, hier der zweiten Spule SP2, geschaltet ist. Die Steuereinheit MC ist mit einem weiteren Schaltelement SB verbunden. Die Steuereinheit MC ist dabei in einer Bremsbetriebsart des Stellantriebs dazu eingerichtet, einen dritten kurzzeitigen Stromimpuls derart in die zweite Spule SP2 einzuprägen, dass nachfolgend ein im magnetischen Spulenkern noch vorhandenes Remanenzmagnetfeld zum Bereitstellen eines Rotorbremsmoments verbleibt. Der magnetische Induktionswert des für die Bremsbetriebsart vorgesehenen Remanenzmagnetfelds ist betragsmäßig kleiner als der magnetische Induktionswert des für die Rotorhalteposition vorgesehenen Remanenzmagnetfelds. Die Steuereinheit MC ist dabei eingerichtet, das weitere Schaltelement SB zum Aufbringen des Rotorbremsmoments schließend oder getaktet schließend anzusteuern. In der Bremsbetriebsart ist dabei das zugehörige Schaltelement S2 geöffnet, um die durch magnetische Induktion in der zweiten Spule SP2 induzierte Spannung ohmsch zu belasten. Auf diese Weise kann ein Teil der mechanischen Bewegungsenergie beim Zurückverfahren des Stellelements eines fehlersicheren Stellantriebs ausgekoppelt und in „Brems“-Wärme umgesetzt werden.
7 zeigt schließlich das Prinzip einer dritten beispielhaften Schaltungsordnung mit einer Spulenanordnung SP in einer Vollbrücke, mit einer Spannungserfassungseinheit VM zur Bereitstellung von Drehimpulsen und mit einem Bremswiderstand. Im vorliegenden Beispiel die erste Spule SP1 der Spulenanordnung SP derart in der Vollbrücke verschaltet, dass beim Schließen des ersten und vierten Schaltelements S1, S4 ein erster kurzzeitiger Stromimpuls in die erste Spule S1 eingeprägt wird und dass beim Schließen des zweiten und dritten Schaltelements S2, S3 ein entgegengesetzter zweiter kurzzeitiger Stromimpuls in die erste Spule S1 eingeprägt wird. Die vier Schaltelemente S1-S4 sind zur Ansteuerung mit der Steuereinheit MC des Stellantriebs verbunden. Die Realisierung der Bremsbetriebsart und die Erfassung der Drehimpulse erfolgt analog zu der in der 6 gezeigten Ausführungsform.
Bezugszeichenliste

A: Drehachse, Rotationsachse
AA: Axiale Außenseite
AK: Anker
AS, AS': Aussparung, Nut
BG: Bügel, Portal, Traverse
C: Kondensator, Elektrolytkondensator
EA: elektrischer Anschluss, Anschlusskontakte
G: Getriebe, Reduziergetriebe
GP: Grundplatte, Gehäuseteil
H: Höhe des Elektromotors, Höhe des Rotors
HL: Halterung
L: Höhe des Elektromagneten
LP: Schaltungsträger, Leiterplatte
LS: Luftspalt
MAG: Elektromagnet
MC: Steuereinheit, Mikrocontroller
MF: Magnetfeldsensor
MK: magnetischer Spulenkern, Magnetkern
MO: Motor, Elektromotor
MZ: Motorzahnrad, Motorritzel
MFH: Haltemoment
MRF: Motorrückstellmoment
P1, P2: Polschuhe
PM: Permanentmagnete, permanentmagnetische Pole
r: Radius des Rotors
RA: radiale Außenseite des Rotors
RB: Widerstand, Bremswiderstand
RF: Rückstellfeder
RG: Reif, Ring
rM: Mindestradius für Aussparungen
RO: Rotor, Rotorglocke, Rotorbecher
RR: Rastmomentrad, radiales Rastmomentrad
RR': Rastmomentrad, axiales Rastmomentrad
RS: Ringsegment
RV: Vorwiderstand
S1 - S4: Schaltelemente, Transistoren
SB: Schaltelement, Transistor
SP: Spulenanordnung
SP1, SP2: Spule
ST: Stator
TR: Motorsteuerung, Treiber
V+: Versorgungsspannung
VM: Spannungsmesseinheit
W: Motorwelle
WS: Wechselschalter, Schaltelement

Claims

Stellantrieb, aufweisend einen Elektromotor (MO), ein nachgeschaltetes Reduziergetriebe (G) und ein abtriebsseitiges Stellelement mit einem Stellanschluss, wobei der Elektromotor (MO) einen Stator (ST) und als Außenläufer einen zu einer Drehachse (A) des Elektromotors (MO) umlaufenden Rotorbecher (RO) aufweist, wobei der Rotorbecher (RO) in Umlaufrichtung magnetisch verrastend gehemmt ist, dadurch gekennzeichnet, - dass der Stellantrieb eine mittels eines Elektromagneten (MAG) elektrisch ein- und ausschaltbare, berührungsfrei arbeitende magnetische Rastmomenthemmung zum Halten oder Lösen des Rotorbechers (RO) des Elektromotors (MO) des Stellantriebs umfasst, - dass der Elektromagnet (MAG) eine Spulenanordnung (SP) aufweist, welche einen magnetischen Spulenkern (MK) mit zwei Polschuhen (P1, P2) zum möglichen Ausbilden zweier Magnetpole (N, S; S, N) umschließt, - dass der Elektromagnet (MAG) derart ausgestaltet und zum Rotorbecher (RO) angeordnet ist, dass die zwei Polschuhe (P1, P2) unter Ausbildung je eines Luftspaltes (LS) einer Außenseite (RA, AA) des Rotorbechers (RO) gegenüberliegen, - dass der Rotorbecher (RO) an seiner Außenseite (RA, AA) derart in Umfangrichtung um die Drehachse (A) des Elektromotors (MO) verteilt angeordnete Anker (AK) aufweist, dass zumindest einer der Anker (AK) mit den zwei Polschuhen (P1, P2) des Elektromagneten (MAG) zur möglichen Bereitstellung einer Rastmomenthemmung magnetisch verrasten kann, - dass zum Halten des Rotorbechers (RO) in einer Rotorhalteposition ein erster kurzzeitiger Stromimpuls mittels einer Schaltungsanordnung des Stellantriebs in die Spulenanordnung (SP) einprägbar ist, dass nachfolgend ein im Spulenkern (MK) noch vorhandenes Remanenzmagnetfeld zum Bereitstellen der magnetischen Rastmomenthemmung verbleibt, und - dass zum Lösen des Rotorbechers (RO) in einer Rotorfreilaufposition ein zweiter kurzzeitiger Stromimpuls mittels der Schaltungsanordnung in die Spulenanordnung (SP) einprägbar ist, dass nachfolgend das im Spulenkern (MK) noch vorhandene Remanenzmagnetfeld zum Aufheben der magnetischen Rastmomenthemmung im Wesentlichen abgebaut ist.
Stellantrieb nach Anspruch 1, wobei der Elektromagnet (MAG) derart zum Rotorbecher (RO) angeordnet ist, dass die zwei Polschuhe (P1, P2) der radialen Außenseite (RA) des Rotorbechers (RO) unter Ausbildung je eines Luftspaltes (LS) gegenüberliegen, wobei der Rotorbecher (RO) an seiner radialen Außenseite (RA) derart angeordnete Anker (AK) aufweist, dass zumindest ein Anker (AK) in einer magnetischen Raststellung mit den zwei Polschuhen (P1, P2) des Elektromagneten (MAG) einen verrastenden magnetischen Kurzschluss bildet.
Stellantrieb nach Anspruch 2, wobei die an der radialen Außenseite (RA) des Rotorbechers (RO) angeordneten Anker (AK) in Umfangrichtung um die Drehachse (A) des Elektromotors (MO) verteilt angeordnet sind, wobei zumindest ein Anker (AK) in einer magnetischen Raststellung mit den zwei gleichfalls in Umfangrichtung um die Drehachse (A) des Elektromotors (MO) angeordneten Polschuhen (P1, P2) des Elektromagneten (MAG) einen verrastenden magnetischen Kurzschluss bildet.
Stellantrieb nach Anspruch 2 oder 3, wobei die an der radialen Außenseite (RA) des Rotorbechers (RO) angeordneten Anker (AK) sich in axialer Richtung zur Drehachse (A) des Elektromotors (MO) erstrecken, wobei zumindest ein Anker (AK) in einer magnetischen Raststellung mit den zwei gleichfalls in axialer Richtung zur Drehachse (A) des Elektromotors (MO) angeordneten Polschuhen (P1, P2) des Elektromagneten (MAG) einen verrastenden magnetischen Kurzschluss bildet.
Stellantrieb nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei der Rotorbecher (RO) an seiner radialen Innenseite eine Anzahl N von in Umfangrichtung zur Drehachse (A) des Elektromotors (MO) verteilt angeordneten Permanentmagnetpolen ausbildet, wobei die Permanentmagnetpole einer radialen Außenseite des Stators (ST) gegenüberliegen und sich jeweils in axialer Richtung zur Drehachse (A) des Elektromotors (MO) erstrecken, wobei an der radialen Außenseite (RA) des Rotorbechers (RO) eine der Anzahl N der Permanentmagnetpole entsprechende Anzahl N von Ankern (AK) angeordnet ist, und wobei die Anker (AK) in Umfangrichtung zur Drehachse (A) des Elektromotors (MO) auf Lücke zu den Permanentmagnetpolen angeordnet sind.
Stellantrieb nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der magnetische Spulenkern (MK) des Elektromagneten (MAG) aus einem magnetischen, insbesondere hartmagnetischen Werkstoff, mit einer Koerzitivfeldstärke K_C von mindestens 1000 A/m, insbesondere von mindestens 3000 A/m, hergestellt ist.
Stellantrieb nach Anspruch 6, wobei der magnetische Werkstoff, insbesondere der hartmagnetische Werkstoff, des Spulenkerns (MK) zusätzlich eine Remanenzflussdichte B_R von mindestens 0.5 T, insbesondere von mindestens 1 T, aufweist.
Stellantrieb nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Schaltungsanordnung eine Steuereinheit (MC) und zumindest ein durch die Steuereinheit (MC) ansteuerbares Schaltelement (WS) aufweist, um den ersten oder zweiten kurzzeitigen Stromimpuls in die Spulenanordnung (SP) des Elektromagneten (MAG) einzuprägen.
Stellantrieb nach Anspruch 8, wobei die Spulenanordnung (SP) eine elektrische Spule (L1) aufweist, wobei die elektrische Spule (L1) in Reihe zu einem Kondensator (C) geschaltet ist, wobei die Reihenschaltung mit einem ersten Ende an ein gemeinsames Bezugspotenzial geschaltet ist, wobei ein zweites Ende über das zumindest eine Schaltmittel (WS) an eine Versorgungsspannung oder an das gemeinsame Bezugspotenzial schaltbar ist, wobei der Induktivitätswert der elektrischen Spule (L1) und der Kapazitätswert des Kondensators (C) derart bemessen sind, dass beim Schalten des zweiten Endes der Reihenschaltung an die Versorgungsspannung der erste kurzzeitige Stromimpuls in die elektrische Spule (L1) einprägbar ist und dass beim Schalten des zweiten Endes der Reihenschaltung an das gemeinsame Bezugspotenzial der zweite kurzzeitige Stromimpuls mit umgekehrter Stromrichtung in die elektrische Spule (L1) einprägbar ist.
Stellantrieb nach Anspruch 9, wobei der Induktivitätswert der elektrischen Spule (L) und der Kapazitätswert des Kondensators (C) zudem derart bemessen sind, dass sich beim Schalten des zweiten Endes der Reihenschaltung an das gemeinsame Bezugspotenzial eine kurzzeitige abklingende sinusförmigen Stromimpulsschwingung zum Entmagnetisieren des magnetischen Spulenkerns (MK) des Elektromagneten (MAG) einstellt.
Stellantrieb nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei der Stellantrieb einen im Polschuhbereich angeordneten Magnetfeldsensor (MF) zur Erfassung eines magnetischen Induktionswerts aufweist, wobei der Magnetfeldsensor (MF) mit der Steuereinheit (MC) des Stellantriebs verbunden ist, - wobei die Steuereinheit (MC) dazu eingerichtet ist, ein erstes Schaltelement (S1) der Schaltungsanordnung zur Einprägung des ersten Stromimpulses mit einer ersten vorgegebenen Pulslänge anzusteuern, nach dessen Beendigung einen aktuellen magnetischen Induktionswert zu erfassen und für den Fall, dass der erfasste magnetische Induktionswert einen vorgegebenen oberen Grenzwert nicht überschreitet, wiederholt den ersten Stromimpuls mit zunehmend längerer erster Pulslänge einzuprägen, bis nach dessen Beendigung ein aktueller magnetischer Induktionswert den vorgegebenen oberen Grenzwert überschreitet, und/oder - wobei die Steuereinheit (MC) dazu eingerichtet ist, ein zweites Schaltelement (S2) zur Einprägung des zweiten Stromimpulses mit einer zweiten vorgegebenen Pulslänge anzusteuern, nach dessen Beendigung einen aktuellen magnetischen Induktionswert zu erfassen und für den Fall, dass der erfasste magnetische Induktionswert einen vorgegebenen unteren Grenzwert nicht unterschreitet, wiederholt den zweiten Stromimpuls mit zunehmend längerer zweiter Pulslänge einzuprägen, bis nach dessen Beendigung ein aktueller magnetischer Induktionswert den vorgegebenen unteren Grenzwert unterschreitet.
Stellantrieb nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei die Spulenanordnung (SP) des Elektromagneten (MAG) zumindest eine elektrische Spule (SP1, SP2) aufweist, wobei parallel zu einer dieser elektrischen Spulen (SP1, SP2) eine mit der Steuereinheit (MC) verbundene Spannungserfassungseinheit (VM) zur Erfassung eines Spannungssignals geschaltet ist, und wobei die Steuereinheit (MC) dazu eingerichtet ist, das Spannungssignal auf das Vorhandensein von sich wiederholenden Spannungsimpulsen zu analysieren und diese als Drehimpulse an eine Motorsteuereinheit (TR) des Stellantriebs zur Steuerung des Elektromotors (MO) auszugeben.
Stellantrieb nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei die Spulenanordnung (SP) des Elektromagneten (MAG) zumindest eine elektrische Spule (SP1, SP2) aufweist, wobei parallel zu einer dieser elektrischen Spulen (SP1, SP2) eine Reihenschaltung aus einem Schaltelement (SB) und aus einem Widerstand (RB) geschaltet ist, und wobei die Steuereinheit (MC) in einer Bremsbetriebsart des Stellantriebs dazu eingerichtet, - einen dritten kurzzeitigen Stromimpuls mittels der Schaltungsanordnung in die Spulenanordnung (SP) derart einzuprägen, dass nachfolgend ein im magnetischen Spulenkern (MK) noch vorhandenes Remanenzmagnetfeld zum Bereitstellen eines Rotorbremsmoments verbleibt, wobei der magnetische Induktionswert des für die Bremsbetriebsart vorgesehenen Remanenzmagnetfelds betragsmäßig kleiner ist als der magnetische Induktionswert des für die Rotorhalteposition vorgesehenen Remanenzmagnetfelds, und - das Schaltelement (SB) zum Aufbringen des Rotorbremsmoments schließend oder getaktet schließend anzusteuern.
Stellantrieb nach einem der Ansprüche 8 bis 13, - wobei die Steuereinheit (MC) zum Empfangen eines Stellsignals und zum entsprechenden Ansteuern des Elektromotors (MO) zum Verfahren des Stellelements von einer vorgegebenen ersten Stellposition zu einer vorgegebenen zweiten Stellposition eingerichtet ist, - wobei die Steuereinheit (MC) dazu eingerichtet ist, die Schaltungsanordnung zur Ansteuerung des Elektromagneten (MAG) derart anzusteuern, dass vor oder mit dem Ansteuern des Elektromotors (MO) zum Verfahren des Stellelements von der ersten Stellposition zur zweiten Stellposition der Stellantrieb von der Rotorhalteposition in die Rotorfreilaufposition wechselt, und - wobei die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, die Schaltungsanordnung derart anzusteuern, dass mit oder nach Erreichen der zweiten Stellposition der Stellantrieb von der Rotorfreilaufposition in die Rotorhalteposition wechselt.
Stellantrieb nach einem der Ansprüche 8 bis 13, - wobei die Steuereinheit (MC) dazu eingerichtet ist, den Elektromotor (MO) beim Einschalten der Stromversorgung des Stellantriebs oder beim Empfang eines Einschaltsignals zum Verfahren des Stellelements von einer sicheren Ruhestellung zu einer Betätigungsstellung anzusteuern, - wobei der Stellantrieb eine Rückstellfeder (RF) zum Bereitstellen eines auf das Stellelement wirkenden Rückstellmoments zum selbsttätigen Verfahren des Stellelements in die sichere Ruhestellung aufweist, insbesondere bei Wegfall der Stromversorgung für den Stellantrieb, wobei das Rückstellmoment über das Reduziergetriebe (G) ein Rotorrückstellmoment (M_FR) am Elektromotor (MO) bewirkt, - wobei das mittels des Elektromagneten (MAG) auf den Rotorbecher (RO) in der Rotorhalteposition aufgebrachte Haltemoment (M_FH) größer ist als das auf den Rotorbecher (RO) einwirkende Rotorrückstellmoment (M_FR) , insbesondere mindestens 1.5-mal bis 3-mal so groß, und - wobei die Steuereinheit (MC) dazu eingerichtet ist, die Schaltungsanordnung bei Empfang eines Ausschaltsignals derart anzusteuern, dass der Stellantrieb von der Rotorhalteposition in die Rotorfreilaufposition wechselt und nachfolgend das Stellelement selbsttätig in die sichere Ruhestellung zurückverfährt, oder - wobei die Schaltungsanordnung derart eingerichtet ist, dass der Stellantrieb bei Wegfall der Stromversorgung von der Rotorhalteposition in die Rotorfreilaufposition wechselt und nachfolgend das Stellelement selbsttätig in die sichere Ruhestellung zurückverfährt.
Stellantrieb nach einem der Ansprüche 8 bis 13, - wobei die Steuereinheit (MC) dazu eingerichtet ist, den Elektromotor (MO) beim Einschalten der Stromversorgung des Stellantriebs oder beim Empfang eines Einschaltsignals zum Verfahren des Stellelements von einer sicheren Ruhestellung zu einer Betätigungsstellung anzusteuern, - wobei der Stellantrieb eine Rückstellfeder (RF) zum Bereitstellen eines auf das Stellelement wirkenden Rückstellmoments zum selbsttätigen Verfahren des Stellelements in die sichere Ruhestellung aufweist, insbesondere bei Wegfall der Stromversorgung für den Stellantrieb, - wobei eine am Stellanschluss angeschlossene Klappe oder ein am Stellanschluss angeschlossenes Ventil, sowie die Rückstellfeder (RF) ein Gesamtmoment auf das Stellelement bewirken, wobei das Gesamtmoment über das Reduziergetriebe (G) ein Rotorgesamtmoment am Rotorbecher (RO) bewirkt, - wobei das mittels des Elektromagneten (MAG) auf den Rotorbecher (RO) des Elektromotors (MO) in der Rotorhalteposition aufgebrachte Haltemoment (M_FH) größer ist als das auf den Rotorbecher (RO) einwirkende Rotorgesamtmoment, insbesondere mindestens 1.5-mal bis 3-mal so groß, und - wobei die Steuereinheit (MC) dazu eingerichtet ist, die Schaltungsanordnung bei Empfang eines Ausschaltsignals derart anzusteuern, dass der Stellantrieb von der Rotorhalteposition in die Rotorfreilaufposition wechselt und nachfolgend das Stellelement selbsttätig in die sichere Ruhestellung zurückverfährt, oder - wobei die Schaltungsanordnung derart eingerichtet ist, dass der Stellantrieb bei Wegfall der Stromversorgung von der Rotorhalteposition in die Rotorfreilaufposition wechselt und nachfolgend das Stellelement selbsttätig in die sichere Ruhestellung zurückverfährt.