DE1190759B

DE1190759B - Elektromotorische Verstellvorrichtung

Info

Publication number: DE1190759B
Application number: DEK45889A
Authority: DE
Inventors: Helmut Korthaus; Dipl-Ing Richard Wilke
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1962-02-14
Filing date: 1962-02-14
Publication date: 1965-04-08
Also published as: US3161074A; GB1027600A; BE628339A; SE315778B

Description

Elektromotorische Verstellvorrichtung Die Erfinduna bezieht sich auf eine elektromotorische Verstellvorrichtung, beispielsweise füi Türen, Klappen und sonstigen zu verstellenden Mechanismen, wobei die Drehbewegung des Rotors in eine axiale Hin- und Herbewegung einer Betätigungsstange umgewandelt wird. Diese Verstellvorrichtung ist mit einer Magnetbremse sowie mit bei Energieausfall wirksam werdenden Mitteln zur Rückführung der Betäti 'gungsstange in den Sicherheitszustand ausgerüstet.
Bei Verstellvorrichtung 's ,en der eingang erwähnten Gattun- besteht die Forderung, daß im Gefahrenfalle, so beispielsweise auch bei Ausfall der Betäti,gungsenergie, die verstellte Vorrichtung wieder in den Sicherheitszustand selbsttätig zurückgeht. So muß z. B. eine Wettertür im untertägigen Bergbau sich selbsttätig öffnen oder auch schließen können, wenn der Grubenlüfter ausfällt, oder aber es muß eine Bremse geschlossen werden, wenn die Antriebsenergie für die Maschine ausfällt, oder es sollen gar die Türen -einer Bank sich selbst schließen, wenn die elektrische Stromversorgung ausfällt.
In allen vorgenannten Fällen, in denen die Betätigungsvorrichtungen für diese Zwecke mit Preßluft oder Drucköl oder einer anderen Flüssigkeit gesteuert werden, d. h. also über Zylinder und Kolben, ergibt sich der selbsttätige Rücklauf in den Sicherheitszustand von selbst, da bei Wegbleiben des Druckes der antreibenden Luft oder Flüssigkeit der Kolben frei wird.
Es sind überdies auch elektromagnetisch wirkende Betätigungsvorrichtungen bekanntgeworden, die ebenfalls beim Stromausfall den betätigten Mechanismus freigeben, so daß er sich beispielsweise schließt. Da aber bekanntlich die Zugkraft eines Magneten auf einen Eisenanker mit wachsendem Abstand zwischen beiden außerordentlich stark abnimmt, sind nur kurze Hubwege mit eigener Kraft möglich. Nachteilig ist oft auch der schlagartige Anzug und Abfall des Ankers.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine elektromotorisch angetriebene Betätigungsvorrichtung für die beschriebenen Anwendungsfälle zu schaffen, die ohne Benutzung eines Zwischenmediums, wie Preßluft oder Drucköl, unter Verzicht auf die hierzu sonst notwendigen Verdichter, rein elektrisch arbeitet, ohne die Nachteile der elektromagnetischen, Betätigungsvorrichtungen aufzuweisen.
Erreicht wird dieses Ziel dadurch, daß wenigstens an einer, bevorzugt jedoch an beiden Stirnseiten des Rotors je ein sich in axialer Richtung innerhalb des Motorgehäuses erstreckender und in diesem gelagerter Hohlwellenabschnitt angeflanscht ist, wobei einer dieser beiden Hohlwellenabschnitte auf Teilen seiner axialen Länge in an sich bekannter Weise als die Kugeln eines Kugelgewindes geringer Reibung aufnehmende Mutter ausgebildet ist, welche die wenigstens auf einer axialen Teillänge als Kugelgewindespindel ausgebildete, sowohl den Rotor als auch den je-genüberliegenden Hohlwellenabschnitt frei durchgreifende sowie gegen Drehung gesicherte Betätigungsstange lagert, die am Gegenende mit ziehend oder drückend wirkenden Rückstellmitteln zusammenwirkt.
Dabei soll bei einer besonders bevorzugten Ausführungforin der Erfindung um den kugelgewindefreien Hohlwellenabschnitt herum eine elektromagnetische Bremse vorgesehen sein, deren mit einem Bremsbelag versehener Bremsring mit einem gleichfalls einen Bremsbelag aufweisenden, sich in radialer Richtung erstreckenden Ringflansch des Hohlwellenabschnittes zusammenwirkt und somit auf den Rotor und die Kugelgewindespindel einwirkt.
Die Drehsicherung der Kugelgewindespindel kann beispielsweise dadurch bewirkt werden, daß das Gegenende der Spindel mehrkantig ausgebildet ist und in einer entsprechenden Führung einer als Schutzkappe ausgebildetenMotorgehäuseverlängerung lagert oder aber daß der runden Querschnitt aufweisende Teil der Spindel, wie an sich bekannt, mit einem paßfederartigen Führungskeil zusammenwirkt, der im Bereiche des Motorgehäusedurchlasses für diesen Spindelteil vorgesehen ist.
Und schließlich sollen gemäß der Erfindung zur Rückstellung der Vorrichtung bzw. der Kugelgewindespindel im Gefahrenfalle Rückstellfedern in Gestalt von Druck- und/oder Zugfedern vorgesehen sein, die innerhalb der Schutzkappe vorgesehen sind und sich an einem gemeinsamen Bund der Spindel einerseits und je am Motorgehäuse sowie an der Stirnwand der Schutzkappe andererseits abstützen bzw. hieran angreifen.
Daß dabei in der Schutzkappe außerdem noch die Schaltkontakte angeordnet sind, die mit einem Schaltnocken der Spindel zusammenwirken, sind besonders bauliche Vorteile der Erfindung.
Tritt nun bei einer Vorrichtung der Erfindung eine Gefahr ein, d. h. fällt z. B. der Strom in dem Augenblick aus, wo die Betätigungsstange gerade die Klappe am Auslauf eines Bunkers öffnet, dann wird einerseits der Motor stromlos, und andererseits wird die Magnetbremse geöffnet, so daß die im vorliegenden Falle als Federn ausgebildeten Rückstellmittel wirksam werden können, und die Betätigungsstange in axialer Richtung zurückbewegen, bis der Sicherheitszustand, d. h. die Ausgangsstellung, erreicht ist, die Klappe also wieder geschlossen wird. Die Reibung des Kugelgewindes ist hierbei so gering, daß eine Rückstellung ohne weiteres möglich ist.
Zusammenfassend wird durch die Erfindung mit baulich einfachen Mitteln ein besonders wohlfeiles Verstellgerät geschaffen, das selbst im Gefahrenfalle, z. B. bei Stromausfall, in der Lage ist, selbsttätig in die Ausgangsstellung zurückzugehen, wodurch den Forderungen der Praxis in vollem Umfange Rechnung getragen werden kann.
Es ist bei elektromotorischen Verstelleinrichtungen, bei denen eine Drehbewegung in eine hin- und hergehende Bewegung einer VersteRspindel umgewandelt wird, nicht mehr neu, zwischen den Gewindegängen der bei dieser Verstelleinrichtung vorgesehenen Schraubentriebe reibungsmindernde Elemente vorzusehen, die um die Spindel herum in gleichmäßigen Winkelabständen angeordnet sind.
Hierbei handelt es sich zum Teil nur um Umfangslager und zum anderen Teil um die Rollen einer Rollspindel mit zwei Muttern auf der Spindelstange. Diese Muttern haben mit den Kugeln des Kugelgewindes der Erfindung nichts gemeinsam, da sie nur dazu dienen, das zwischen der Spindel und dem Gewindeteil der Mutter normalerweise vorhandene Spiel dadurch zu beseitigen, daß beide Muttern etwas gegeneinander verstellbar sind. Auch liegt bei der bekannten Einrichtung die Mutter außerhalb des eigentlichen Muttergehäuses. Auch die Solinoidbremse dieser bekannten Einrichtung ist in ihrer Wirkung umgekehrt wie die Magnetbremse des Erfindungsgegenstandes. . Die Solinoidbremse dient dazu, nach Abschalten des Motors, d. h. nach beendeter Bewegung der Spindet diese in der erreichten Stellung zu arretieren.
Demgegenüber ist die Bremse des Erfindungsgegenstandes so lange geöffnet, wie der Bremsmagnet nicht erregt ist und die Stellvorrichtung arbeitet sowie zum anderen auch dann, wenn die Netzspannung ausfallen sollte.
Es ist außerdem an sich nicht neu, bei einer Verstellvorrichtung, bei derdie Drehbewegung des Rotors eines Elektromotors in eine hin- und hergehende, geradlinige Verschiebebewegung einer Betätigungsspindel umgewandelt wird, zu beiden Seiten des Rotors je einen Hohlwellenabschnitt vorzusehen. Diese Hohlwellenabschnitte sind aber nicht im Gehäuse gelagert, sondern auf Bolzen verschiebbar geführt und dienen als Teil der Abschaltvorrichtung, nicht aber - wie beim Erfindungsgegenstand - zur Aufnahme der Kugeln des Kugelgewindes. Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung ist eine Verstellvorrichtung im Schnittbild wiedergegeben.
Dabei ist in einem Gehäuse 1 ein Elektromotor mit der Statorwicklung 2 und dem Stator 3 angeordnet der bei Anschaltung an die Stromquelle den Rotor4 in Umdrehung versetzt. Der Motor kann ein Drehstrom-, Wechselstrom-, AUstrom- oder Gleichstrommotor sein, weswegen noch die für die verschiedenen Ausführungsmöglichkeiten eventuell erforderlichen Bürsten 5 und der Kollektor 6 eingezeichnet sind. Bei einem Drehstrommotor können diese Teile entfallen.
Der Rotor 4 weist auf seinem Umfang verteilt Längsbohrungen auf, durch die mittels der Schrauben 7 zwei angeflanschte Hohlwellenabschnitte 8, 9 mit dem Rotor 4 fest und zentrisch verbunden sind. Zur Zentrierung dient auch der abgedrehte Kurzschlußring 10 auf beiden Rotorseiten. Der Hohlwellenabschnitt 8 enthält ein Kugelgewinde, das gegenüber normalen Gewinden eine erheblich kleinere Reibung aufweist, weil die Gewindegänge durch die bei der gegenseitigen Bewegung von Mutter und Gewinde rollenden Kugeln 11 ersetzt werden. Den anderen Teil des Kugelgewindes bilden die Gewindegänge der runden Spindel 12, die am oberen Ende einen Gabelkopf 13 trägt. Sofern diese Verbindung eine Drehung der Spindel 12 nicht zuläßt, wird sich die Spindel je nach der Drehrichtung des Motors bei dessen Einschaltung hin- oder herschieben.
Es ist aber auch möglich, die Spindel 12 mit einer -*nicht dargestellten - Längsnut zu versehen, die über eine Keilführung, die beispielsweise im Bauteil 14 angeordnet sein kann, die Drehung verhindert und somit die Hin- und Herbewegung ergibt. Es ist auch möglich, das untere Ende der Spindel 12 in dem Gehäuse 15 z. B. als Vierkant auszubilden und eine entsprechende Führung im Gehäuse 15 anzuordnen, um dieselbe Wirkung zu erzielen, wobei es sich als vorteilhaft herausstellt, daß die nach außen austretende Spindel 12 infolge Fehlens der Längsnut leichter gegen das Gehäuse 1 an der Stelle 14 abgedichtet werden kann, um das Hineinziehen von Schmutz in das Gehäuse 1 zu verhindern. Die Spindel 12 ist nur in dem Kugelgewinde geführt und kann sich im übrigen frei hin- und herbewegen, wenn man von der eventuell erforderlichen Führung durch Führungskeil oder Vierkant absieht, die aber auch leichtgängig gehalten werden kann.
Auf der anderen Seite des Rotors 4 dient der angeflanschte Hohlwellenabschnitt9 mit dem Teil 16 als Bremsseheibe einer Magnetbremse. Die Magnetbremse besteht bekanntlich aus der Ringmagnetspule 17 in einem Ringmagnet 18, der fest in dem Motorgehäuse 1 angebracht ist. Dieser Eisenring nimmt in seinem Inneren das Wälzlager 19 ebenso auf, wie auf der Gegenseite ein Gehäuseteil oder ein mit dem Gehäuse 1 verbundener Ringsteg 20 das Wälzlager 21 aufnimmt. Diese beiden Wälzlager 19, 21 stellen also die eigentliche Lagerung des Motors dar. Die beiden Drucklager 22 und 23 dienen zur Ableitung des Verschiebedruckes der Spindel 12 auf das Gehäuse 1 und schließlich dessen Lagerung, die nicht eingezeichnet ist.
Auf der Vorder- und Rückseite des Ringmagneten 18 mit der Ringmagnetspule 17 sind die beiden runden Ringscheiben 24, 25 angeordnet, die durch über den Umfang gleichmäßig verteilten Bolzen 26 verbunden sind. Auf jedem Bolzen 26 sitzt eine Druckfeder 27 ' die im Ruhezustand sich auf dem Boden des Ringmagnets18 abstützend die verbundenen beiden Scheiben24, 25 in der gezeichneten, Stellung halten. Die aus den Teilen16 und einer Scheibe24 mit den beiden Bremsbelägen 28 gebildete Bremse ist also offen. Der Teil 16 kann frei rotieren, und die Spindel 12 bewegt sich in der drehabhängigen Richtung so lange, bis der Bundnocken 29 entweder den Kontakt 30 oder 31, die beide ebenfalls in dem Gehäuseteil 15 untergebracht sind, betätigt, die die Stromzuführung zum Motor über das Motorschütz unterbrechen. Im gleichen Augenblick wird über Schließkontakte des abfallenden Schützes die Ringmagnetspule 17 über einen Gleichrichter an die Phasenspannung des Motors gelegt. Der Magnet zieht die Scheibe 24 auf seiner Vorderseite an und schließt damit die Bremsbeläge 28, so daß die Spindel 12 über den festgehaltenen Rotor und das Kugelgewinde ebenfalls in ihrer Lage festgehalten wird.
Eine Last, die beispielsweise mittels der Spindel 12 gehoben worden ist, bleibt in dieser angehobenen Stellung stehen. Es ist hierzu lediglich notwendig, daß die Bremskraft der Bremsbeläge, bedingt durch die Haftkraft des Ringmagneten 18 mindestens so groß ist, wie das maximale Motordrehmoment, das zum Heben der Last erforderlich ist.
Es ist ohne weiteres einleuchtend, daß durch Umpolung des Motors und Wiedereinschaltung des Schützes der Magnet spannungslos wird, der Motor in entgegengesetzter Richtung läuft, und die Last beispielsweise abgesenkt wird, bis wiederum der korrespondierende Kontakt, entweder 30 oder 31 in Tätigkeit tritt. Es ist auch möglich, die angehobene Last abzusenken ohne den Motor umzupolen, indem statt dessen nur der Magnet 18 stromlos geschaltet wird, die Bremse sich öffnet und die absinkende Last den nicht unter Stromeinwirkung stehenden Rotor 4 in Umdrehung versetzt, weil das Kugelgewinde infolge seiner nur sehr geringen Reibungsverluste, die in Längsrichtung der Stange 12 wirkende Kraft der Last mit nur sehr geringem Energieverlust über das Kugelgewinde in eine Drehbewegung umsetzt und sich in der Beschleunigungsarbeit für den Rotor4 verzehrt.
Aus dem Vorhergesagten geht aber auch insbesondere klar hervor, daß der eigentliche Zweck der Erfindung ebenfalls erreicht ist; denn im Falle des Ausbleibens der elektrischen Energieversorgung wird nämlichder Ringmagnet 18 stromlos, und die Bremse 28 öffnet sich über die Federn27, so daß auch somit z. B. die gehobene Last in die Ruhelage zurückkehrt. In den Fällen, wo die Last nicht senkrecht, sondern waagerecht bewegt werden muß, und in Fällen, in denen praktisch keine Last bewegt werden muß, sondem nur eine Verstellung ganz kleiner Massen erfolgt, wird der Rückgang der Spindel 12 in die Ausgangs- bzw. Ruhe-, oder Sicherheitslage durch die eingebauten Federn 32 oder 33 bewirkt. Diese Federn, von denen je nach der beabsichtigten Wirkung nur eine von beiden eingebaut werden kann, ziehen oder drücken bei völligem Stromausfall infolge der sich öffnenden Bremse 28 die Spindel 12 in die Ruhe-oder Ausgangslage zurück, weil - wie bereits gesagt - das Kugelgewinde keine nennenswerte Reibung besitzt.
Ein recht nützlicher Anwendungsbereich für diese Ausführungsform wäre beispielsweise die automatische Betätigung der Handbremse von Kraftfahrzeugen. Es ist ohne besondere Zusatzschaltungen möglich, mit dem Zündschlüssel den Motor der Vorrichtung an die Fahrzeugbatterie so anzuschalten, daß bei eingeschalteter Zündung die Handbremse gelöst ist. In diesem Fall ist der Motor kurz durch die Batterie-spannung in Umdrehung versetzt worden, bis er durch die Endkontakte ausgeschaltet wird und die Magnetbremse im gleichen Moment eingeschaltet wird, diedie Spinde112 in der öffnungsstellung für die Handbremse festhält. Wird das Fährzeug außer Betrieb gesetzt, die Zündung also ausgeschaltet, dann wird der Magnet ebenfalls spannungslos, und die Spinde112 wird durch eine der hierzu notwendigen Federn32 oder 33 in die Fahrzeugbreinse. gezogen, womit automatisch eineSicherung des ruhendenFahrzeuges erreicht wird. Für diese Vorrichtung wird also weder eine zusätzliche hydraulische noch eine pneumatische Energieerzeugung und Betätigungsvorrichtung, sondern lediglich die bereits vorhandene Fahrzeugbatterie benötigt.
Statt die Abschaltung des Motors vermittels der Kontakte 30 und 31 über ein Schütz zu bewirken, ist es vor allem bei kleiner Motorleistung auch möglich, diese Kontakte 30 und 31 z. B. als Mikroschalter hoher Schaltleistung unmittelbar zur Ab- und Wiedereinschaltung,des Motors zu benutzen. Es ergibt sich damit eine kleine Bauart der gesamten Vorrichtung, die sich auch zur Betätigung von Schlössern an Türen eignet. Überhaupt sind die Anwendungsgebiete sehr vielseitig, da KugeIgewinde bereits mit kleinsten Ab- messungen hergestellt werden. Es ist auch denkbar, außer den Kontakten 30 und 31 noch Potentiometer in dem Gehäuse 15 unterzubringen derart, daß die Stellung der Spindel 12 über einen an dieser ange--brachten Schleifkontakt eine Fernanzeige und sogar eine automatische Regelung der gewünschten Unterwegsstellung der Stange ermöglicht, es läßt sich auf diese Weise z. B. ein Bremsdruck auf einen konstanten Wert regeln.
An Stelle der Kombination von normalem Motor und Magnetbremse ließe sich auch ein Spezialmotor verwenden, der es erlaubt, dauernd unter Spannung auch bei Last zu stehen, (ähnlich einem Rollgangs-Motor), so daß sich die Magnetbremse erübrigt, da im Falle des Ausfalls der Stromversorgung dann die gehobenen und von dem unter Spannung stehenden Motor gehaltene Last ebenfalls absinken kann.

Claims

Patentansprüche: 1. Elektromotorische Verstellvorrichtung, bei der die Drehbewegung des Rotors in eine axiale Hin- und Herbewegung einer Betätigungsstange umgewandelt wird, wobei diese Vorrichtung mit einer Magnetbremse sowie mit bei Energieausfall wirksam werdenden Mitteln zur Rückführung der Betätigungsstange in den Sicherheitszustand ausgerüstet ist, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß wenigstens an einer, bevorzugt jedoch an beiden Stirnseiten des Rotors (4) je ein sich in axialer Richtung innerhalb des Motorgehäuses (1) erstreckender und in diesem gelagerter Hohlwellenabschnitt (8 bzw. 9) angeflanscht ist, wobei einer dieser beiden Hohlwellenabschnitte (8) auf Teilen seiner axialen Länge in an sich bekannter Weise als die Kugeln (11) eines Kugelgewindes geringer Reibung aufnehmende Mutter ausgebildet ist, welche die wenigstens auf einer axialen Teillänge als Kugelgewindespindel ausgebildete, sowohl den Roter als auch den gegenüberliegenden Hohlwellenabschnitt (9) frei durchgreifende sowie gegen Drehung gersicherte Spindel (12) lagert, die am Gegenende mit ziehend oderdrückendwirkenden Rückstellmitteln (32, 33) zusammenwirk . 2. Vorrichtung nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichUet, daß um wenigstens einen der beiden Hohlwellenabschnitte (8 oder 9) herum eine elektromagnetische Bremse (17, 18) angeordnet ist, deren mit einem Bremsbelag (28) versehener Bremsring (24) mit einem gleichfalls einen Bremsbelag (28) besitzenden sich in radialer Richtung erstreckenden Ringflansch (16) des Hohlwellenabschnittes (9) zusammen- und somit auf den Roter (4) und die Spindel (12) einwirkt. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in axialer Verlängerung des Motorgehäuses (1) eine im Innem mit einer Mehrkantführung, z. B. einer Vierkantführung, versehene Schutzkappe (15) vorgesehen ist, die den aus dem Motorgehäuse austretenden und entsprechend der Führung gleichfalls mehrkantig ausgebildeten Endteil der Spindel gegen Drehung sichert. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Drehsicherung derSpindel (12) gegebenenfalls an Stelle einer Mehrkantführung, auf der Gegenseite im Bereiche des Motorgehäusedurchlasses für den im Querschnitt runden Teil der Spindel wie an sich bekannt ein paßfederartiger Führungskeil vorgesehen ist, der seinerseits in eine glatte Axialnut des gewindelosen Betätigungsstangenteiles eingreift. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Betätigung der als Spindel ausgebildeten Spindel (12) innerhalb einer Schutzkappe (15) Zuge- undloder Druckfedern (32, 33) vorgesehen sind, die auf das in dieser Schutzkappe geführte Spindelende einwirken und bei geöffneterMagnetbremse und bei stromlosem Motor die Hin- oder Herbewegung in den Sicherheitszustand bewirken. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende der Spindel (12) einen Bund (34) aufweist, an dem einerseits eine sich am Motorgehäuse (1) abstützende bzw. angreifende Feder (32) ebenso abstützt wie auch eine sich an der Stirnwand (35) der Schutzkappe (15) abstützende bzw. an dieser angreifende Feder (33) andererseits. 7. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Anbringung der Schaltkontakte (30, 31) in der Schutzkappe (15) einerseits, und durch einen Schaltnocken (29) am Endbund (34) der Spindel (12) andererseits. 8. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein in der Schutzkappe (15) neben dem Ende der Spindel (12) angeordnetes längsgestrecktes Potentiometer, auf dem ein am Ende der Spindel angebrachter Schleifkontakt gleitet. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 906 876, 933 905, 1013 767; USA.-Patentschriften Nr. 2 847 869, 2 999 399.