DE19638216C1 - Elektromotorischer Stellgliedantrieb - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen elektromotorischen Stellgliedantrieb nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1 (DE 31 34 820 C2).

Ein bekannter elektromotorischer Stellgliedantrieb dieser Art umfaßt einen elektrischen Synchronmotor, der über ein zwischengeschaltetes Zahnradgetriebe eine Spindelmutter antreibt, in deren Innengewinde eine Gewindespindel mit einem entsprechenden Außengewinde eingreift. Die Gewindespindel ist mit einer Ventilstange gekoppelt, die den Schließkörper eines Ventils bei ihrer Verschiebung gegen einen entsprechenden Ventilsitz führt. Bei einem Dreiwege-Ventil arbeitet der Schließkörper mit zwei Ventilsitzen zusammen. Um eine vorbestimmte Schließkraft des Ventils in der Schließstellung zu erzeugen, ist die Spindelmutter in einem Lager axial verschiebbar angeordnet, und es ist jeweils eine Feder, vorzugsweise ein Tellerfedernpaket, zwischen einem ortsfesten Anschlag und einem Gegenlager an der Spindelmutter eingespannt. Beim Anschlag am jeweiligen Ventilsitz führt daher die Spindelmutter eine axiale Verschiebebewegung aus und komprimiert eine der beiden Federn bis ein Endschalter den Synchronmotor ausschaltet. Damit ist das Ventil geschlossen und der Schließkörper liegt mit einer vorbestimmten Schließkraft am Ventilsitz an.

Ferner zeigt die DE 31 34 820 C2 einen elektromotorischen Stellgliedantrieb, bei dem die Gewindespindel durch den Synchronmotor angetrieben ist und die Spindelmutter mit der Ventilstange gekoppelt ist. Auch dort sind zwei Tellerfederpakete angeordnet, gegen die die Gewindespindel bis zur Endlagenabschaltung verschoben wird.

Als nachteilig hat sich bei dieser bekannten Konstruktion die Notwendigkeit der Anordnung zweier Federn erwiesen, die axial komprimierbar sind, was zu einer insgesamt relativ großen Bauhöhe des Stellgliedantriebes führt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Stellgliedantrieb anzugeben, der eine kompakte Bauweise besitzt und gleichzeitig in Verbindung mit einer Digitalelektronik eine berührungslose Endlagenabschaltung zuläßt.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Stellgliedantriebes sind den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.

Die Kopplung zweier Antriebsteile über eine in Drehrichtung vorspannbare Federkupplung ist an sich bekannt und kann beispielsweise der DE-PS 8 92 407 entnommen werden.

Anhand der Figuren der beiliegenden Zeichnung sei im folgenden ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Stellgliedantriebes beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine axiale Schnittansicht durch die wesentlichen Elemente des Stellgliedantriebes gemäß der Erfindung; und

Fig. 2 eine Ausschnittansicht von oben ohne Getriebeabdeckung in Fig. 1.

Gemäß den Fig. 1 und 2 ist in einem ortsfesten Gehäuse 10 über ein Kugellager 12 eine Spindelmutter 14 gelagert, in deren Innengewinde eine Gewindespindel 16 mit einem entsprechenden Außengewinde eingreift. Die Gewindespindel 16 ist in nicht näher dargestellter Weise mit einer Ventilstange gekoppelt. Auf der Spindelmutter 14 und relativ zu dieser drehbar sitzt ein Antriebszahnrad 18, das von einem nicht dargestellten elektrischen Synchronmotor angetrieben wird. Das Antriebszahnrad 18 treibt mit einem achsparallelen Mitnehmer 20 ein Flanschrad 24, das mit der Gewindespindel 14 verkeilt ist. Mit dem Flanschrad 24 ist eine Drehfeder 26 verbunden, die mit einem gabelförmigen Ende 28 den Mitnehmer 20 umgreift, so daß das Antriebszahnrad 18 über den Mitnehmer 20 und die Drehfeder 26 das Flanschrad 24 und die Spindelmutter 14 mitnimmt. Die Drehfeder 26 ist in bezug auf das Flanschrad 24 in Rotationsrichtung durch einen mit dem Flanschrad 24 verbundenen weiteren Mitnehmer 30 festgelegt.

Wenn die mit der Gewindespindel 16 verbundene, nicht dargestellte Ventilstange in der Schließstellung eines nicht dargestellten Ventils zum Anschlag gelangt, so bleibt die Gewindespindel 16, die Spindelmutter 14 und das sie antreibende Flanschrad 24 stehen, aber das Antriebszahnrad 18 kann sich noch um einen vorgegebenen Winkel drehen, indem es über den Mitnehmer 20 das gabelförmige Ende 28 der Drehfeder 26 aufbiegt, wodurch über das Flanschrad 24, die Spindelmutter 14 und die Gewindespindel 16 eine vorbestimmte Schließkraft für das Ventil vorgegeben wird. Wie man der Zeichnung leicht entnimmt, kann diese vorbestimmte Schließkraft bei einem Anschlag der Ventilstange in beiden Richtungen erzeugt werden.

Zur Endlagenabschaltung des das Antriebszahnrad 18 antreibenden Synchronmotors sind Schaltungsmittel vorgesehen, die eine Relativdrehung zwischen dem Antriebszahnrad 18 und dem Flanschrad 24 erfassen. Diese Schaltungsmittel können mechanischer, magnetischer oder optoelektronischer Art sein.

Beispielsweise kann das Antriebszahnrad 18 an einem angesetzten und überkragenden Flansch 38 und das Flanschrad 24 jeweils auf einem gleichen Durchmesser am Umfangsrand mit regelmäßigen Ausnehmungen 32 und dazwischen befindlichen Stegen 34 versehen sein, wobei im normalen Betrieb die Ausnehmungen 32 in dem einen Element von den Stegen 34 in dem anderen Element abgedeckt werden. In einer Endlage bleibt das Flanschrad 24 stehen und das Antriebszahnrad 18 führt noch eine geringe Drehbewegung gegen die Kraft der Feder 26, 28 aus. Hierbei gelangen die Ausnehmungen 32 in dem Antriebszahnrad 18 und dem Flanschrad 24 fluchtend übereinander, so daß z. B. eine Optoelektronik 36 ein entsprechendes Signal zur Abschaltung des Synchronmotors liefern kann.

Eine optoelektronische Abtastung in Verbindung mit einer Digitalelektronik kann auch erfolgen wenn die Ausnehmungen 32 und Stege 34 in dem Antriebszahnrad 18 und dem Flanschrad 24 im Normalbetrieb aufeinander ausgerichtet sind. Wenn die Digitalelektronik die Anzahl der Lücken im Normalbetrieb zählt, so kann dieses Zählsignal für eine Stellungsregelung des Antriebs verwendet werden. Bei Erreichen der Endstellung bzw. der gewünschten Stellkraft infolge Relativverdrehung zwischen dem Antriebszahnrad 18 und dem Flanschrad 24 gegen die Kraft der Feder 26, 28 deckt dann ein Steg 34 eine Ausnehmung 32 ab und der Lichtdurchgang ist unterbrochen, worauf eine Abschaltung des Synchronmotors erfolgt.

Selbstverständlich kann anstelle einer optoelektronischen Abtastung auch eine andere berührungslose Abtastung z. B. mit Halleffekt-Elementen erfolgen.

Claims (4)

1. Elektromotorischer Stellgliedantrieb für Ventile oder dergleichen, mit drehmomentabhängiger Endlagenabschaltung, wobei eine Gewindespindel in einer Spindelmutter gelagert ist und eine Drehbewegung der Spindelmutter in einer Axialbewegung der Gewindespindel resultiert, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Spindelmutter (14) über eine in Drehrichtung vorspannbare Federkupplung (20, 26-30) durch ein Antriebselement (18) angetrieben ist und Schaltungsmittel (30) vorgesehen sind, die eine Relativverdrehung des Antriebselementes (18) gegenüber der Spindelmutter (14) erfassen und die Endlagenabschaltung bewirken, wobei das Antriebselement ein von einem Motor angetriebenes Zahnrad (18) ist, das mit einem achsparallelen Mitnehmer (20) an einer mit der Spindelmutter (14) verbundenen Feder (26, 28) angreift und die Spindelmutter (14) bei Bewegung des Zahnrades (18) bis zur Erreichung der Endlage des Stellgliedes über einen weiteren Mitnehmer (30) mitnimmt, um anschließend unter Spannung der Feder (26, 28) noch eine Relativbewegung zwischen dem Zahnrad (18) und der feststehenden Spindelmutter (14) zu gestatten, und daß die Spindelmutter (14) mit einem Flanschrad (24) verbunden ist, das einen Flansch (38) an dem Zahnrad (18) überdeckt, wobei das Flanschrad (24) und der Flansch (38) mit regelmäßig über den Umfang verteilten Markierungen (32, 34) versehen sind, die die Relativverdrehung zwischen dem Zahnrad (18) und dem Flanschrad (24) zu erfassen gestatten und eine Abschaltung des Motors bei einer vorbestimmten Relativverdrehung bewirken.

2. Stellgliedantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Markierungen durch über den Umfang verteilte Ausnehmungen (32) und Stege (34) vorgegeben sind.

3. Stellgliedantreib nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen den Rand des Flanschrades (24) und den Flansch (38) des Zahnrades (18) abtastenden Abtaster zur Abschaltung des Motors bei einer Relativverdrehung zwischen Zahnrad (18) und Flanschrad (24).

4. Stellgliedantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder ein gabelförmiges Ende (28) aufweist, in welches der auf dem Flanschrad (24) angeordnete weitere Mitnehmer (30) eingreift und daß der auf dem Zahnrad (18) angeordnete Mitnehmer (20) ebenfalls in das gabelförmige Ende (28) der Feder (26) eingreift.