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Stellmotor
Die Erfindung betrifft einen elektrischen
Stellinotorfür Armaturen oder dergl., vorzugsweise für Ventile, Mischer oder ähnliche
Armaturen, mit einem Antriebsmoter, einem Zahnradgetriebe und zwei den Antriebsmotor
in bestimmten Endwinkelstellungen der Ausgangswelle des Zahnradgetriebes abschaltenden
Endschaltern.
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Die Erfindung bezieht sich hierbei vorzugsweise auf einen elektrischen
Stellmotor der vorgenannten Art, der der motorischen Winkelverstellung des Kükens
eines Mischers, Ventils oder dergl. von Heizungs- oder KLimaanLagen oder. dergl.
dient, dessen Küken einen relativ kleinen Stellwinkelbereich von vorzugsweise ungefähr
700 - 1300, vorzugsweise von ungefähr 900. hat. Der Stellmotor wird hierbei in an
sich bekannter Weise selbsttätig von geeigneten Steuer- oder Regeleinrichtungen
in der jewells erforderliohen Drehrichtung ein- und ausgeschaltet und schwenkt das
mit seiner Ausgangswelle drehschlüssig gekuppelte Küken oder dergl. in Abhängigkeit
der Steuer-oder Regelsignale hin und her. Damit der vorgesehene tlL-winkelbereich
des Kükens der Armatur nicht überschritten wird, ist es bekannt, dem Stellmotor
Endschalter zuzuordnen, die bei Erreichen der jeweils vorgesehenen Winkelendstellungen
den Stellmotor unabhängig von den Steuer- oder Regelsignalen abschalten. Sobald
die Steuer- oder Regelsignale wieder werte annehmen, die befehlen, daß sich die
Ausgangswelle des Stellmotors aus ihren Endstellungen in den durch diese Endstellungen
begrenzten Winkeistellbereich hineinbewegt,
wird der Stellmotor
in der erforderlichen Drehrichtung wieder eingeschaltet und das Sin- und Ausschalten
des Stellmotors erfolgt dann durch die betreffende Steuer-oder Regeleinrichtung
bis zum Auftreten eines neuen Endschaltersignales.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen solchen, zwei ?£njd schalter
aufweisenden Stellmotor bei einfacher, betriebssicherer, kompakter Bauart so auszubilden,
daß der Stellwinkelbereich der Ausgangswelle auf einfache Weise rasch und genau
eingestellt oder justiert werden kann und gegebenenfalls bei bestimmten Störungen
auch ein tlberbelastungsschutz des Stellmotors bw. der Endschalter erreicht werden
kann.
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Erfindungsgemäß ist bei einem elektrischen Stellmotor der eingangs
genannten Art vorgesehen, daß zur Betätigung der Endschalter zwei gesonderte Schaltglieder
vorgesehen sind, die auf einer Welle des Zahnradgetriebes drehbar angeordnet und
mittels Reibhaltungen in den jeweils eingestellten Winkelstellungen auf der Welle
gehalten sind.
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Diese Anordnung ermöglicht es, jedes Schaltglied für sicke auf einfache
Weise stufenlos in eine gewünschte Winkelstellung einzustellen, die eine Winl-elendstellung
der tusgangswelle bestimmt, bei deren Erreichen der betreffende Endschalter zum
Abschalten des Motors betätigt wird. Die Größe des von der Reibhaltung maximal ausübbaren
Drehmomentes ist hierbei zweckmäßig so zu treffen, daß es
wesentlich
größer, vorzugweise vielfach größer ist als das bei der Betätigung des zugeordneten
Endschalters auf das Schaltglied einwirkende Drehmoment, so daß die Winkelstellung
des Schaltgliedes auf der betreffenden Welle des Zahnradgetriebes sich während des
normalen Betriebes mit Sicherheit nicht ändert. Dagegen kann zur.
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Winkeleinstellung des betreffenden Schaltgliedes das von der Reibhaltung
maximal ausübbare Reibungsmoment ohne weiteres überwunden werden.
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Die Anordnung der beiden Schaltglieder auf der Welle des Zahnradgetriebes
erniedrigt die Herstellungskosten und ist auch platzsparend. Ferner wirken die Reibhaltungen
der Schaltglieder als tfberlastungsschutz, indem sie das von der betreffenden Welle
des Zahnradgetriebes auf die Schaltglieder übertragbare Drehmoment begrenzen, da
bei Überschreiten der maximalen Reibungsmomente die Schaltglieder auf der Welle
schlupfen. Nach Behebung der einen solchen Schlupf verursachenden Störung wird das
betreffende Schaltglied wieder in seine vorgesehene Winkelstellung auf der betreffenden
lfelle eingestellt und der Stellmotcr ist dann wieder betriebsbereit.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen? daß die die Schaltglieder
tragende 8stelle des Zahnradgetriebes eine Zwischenwelle ist, deren vorgesehener
Winkelverstellbereich maximal 3600 beträgt, jedoch wesentlich größer als der maximal
erforderliche Winkelverstellbereich der Ausgangswelle ist. Durch diese besonders
vorteilhafte Maßnahme
wird die Genauigkeit der beiden Endwinkelstellungen
der Ausgangswelle ohne baulichen MehrauSwand beträchtlich erhbht. Wenn beispielsweise
der Winkelverstellbereich der Ausgangswelle 900 beträgt, kann man das Ubersetzungsverhältnis
zwischen dieser Ausgangswelle und der die Schaltglieder tragenden Zwischenwelle
so treffen, daß der entsprechende Winkelverstellbereich der Zwischenwelle bis zu
vierfach größer ist, so daß man beispielsweise bei einer Winkeleinstellgenauigkeit
der Schaltglieder auf der Zwischenwelle von 10 an der Ausgangswelle eine Genauigbreit
von ungefähr 0,25 Winkelgrade erreichen kann. Jedoch wird nicht nur die Genauigkeit
der Winkeleinstellung erhöht, sondern auch die Genauigkeit, mit der die Endschalter
in den vorgesehenen Winkelendstellungen der Ausgangswelle den Stellmotor abschalten.
Und zwar läßt es sich bei den üblichen Endschaltern nicht vermeiden, daß diese Sohalttoleranzen
haben. Diese Schalttoleranz wirkt sich an der Ausgangswelle entsprechend dem Übersetzungsverhältnis
zwischen der Ausgangswelle und der Zwischenwelle geringer aus.
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Vorteilhaft kann jede Reibhaltung eine konzentrisch auf der betreffenden
Welle des Zahnradgetriebes angeordnete, gespannte Druckfeder, vorzugsweise Tellerfeder,
aufweisen, die das betreffende Schaltglied an eine seiner einen Stirnfläche gegenüberliegende
Widerlagerfläche anpreßt. Vorteilhaft kann eine spiegelbildliche Anordnung der beiden
Druokfedern vorgesehen sein.
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ttenn ein derartiger Stellmotor das Stellglied einer Regeleinrichtung
ist, vorzugsweise einer Raumtemperatur-Regeleinrichtung oder einer Regeleinrichtung
zur Regelung der Vorlauftemperatur einer Heiæungs- oder Klimaanlage in Abhängigkeit
der Außentemperatur, ist es häufig der Fall, daß man der betreffenden Regeleinrichtung
ein von der Winkelstellung der Ausgangswelle abhängiges Rückftilirsignal aufschaltet,
das mittels eines Potentiometers erzeugt wird. Der neuartige Stellmotor kann in
diesem Fall erfindungsgemäß mit Vorteil so ausgebildet sein, daß auf der die beiden
Schaltglieder tragenden Welle ein Zahnrad drehbar und in Reibhaltung angeordnet
ist, das mit einem Zahnrad kämmt, welches auf der Stellwelle eines der Brzeugung
des stellwinkelabhängigen Rückfuhrsignales dienenden Potentiometers angeordnet ist.
Damit wird das Potentiometer von derselben Welle des Zahnradgetriebes aus betätigt,
die auch die beiden die Endschalter betätigenden Schaltglieder trägt, so daß man
den Stellwinkelbereich des Potentiometer3 auf einfaohste speise genau sum Stellwinkelbereich
der die Schaltglieder tragenden Welle justieren kann. Die Reibhaltung des genannten
Zahnrades dient hierbei auch als Überlastungs schutz, falls die das betreffende
Zahnrad tragende Welle aus irgendeinem Grunde die eine oder andere ihrer Endwinkelstellungen
überläuft und dies nhne einen solchen Überlastungsschutz eine Zerstörung des Potentiometers
zur Folge haben könnte.
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Die Anordnung der winkeleinstellbaren Schaltglieder und des genannten,
ebenfalls winkeleinste2lbaren Zahnrades auf einer gemeinsamen Welle des Zahnradgetriebes
hat auch den Vorteil, daß man diese Teile in geringem Abstand voneinander anordnen
und sie so ohne Schwierigkeiten gemeinsam an einem einzigen gut zugänglichen Bereich
im Innenraum des Stellmotorgehäuses anordnen kann.
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Wenn das genannte Zahnrad zusammen mit den Schaltgliedern auf einer
Zwischenwelle des Zahnradgetriebes angeordnet ist, ergibt sich für das Potentiometer
ferner ebenfalls eine günstige Vergrößerung seines Stellwinkelbereiches gegenüber
dem Stellwinkelbereich der Ausgangswelle, ohne daß hierzu das mit dem auf der Stellwelle
des Potentiometers ernten angeordnetenZahnrad kämmende Zahnrad größeren eilkreisdurchmesser
als das andere Zahnrad benötigt, was raum- und kostensparend ist.
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In der Zeichnung ist ein bevorzugtes AusführungsbeisrieT der Erfindung
dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Stellmotor in teilweise geschnittener
Darstellung, Fig. 2 eine Tjinzelheit des Stellmotors nach Fig. 1 in vergrößerter,
ausschnittsweiser Darstelnung, Fig. 3 einen Schnitt durch Fig. 2, gesehen entlang
der Schnittlinie 3-3.
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Der dargestellte Stellmotor 10 weist ein Gehäuse 11 auf, in dessen
Innenraum ein elektrischer Antriebsmotor 12 angeordnet ist, der huber ein Zahnraduntersetzungsgetriebe
13 eine Ausgangswelle 14 antreibt, deren über das Gehäuse nach unten vorstehender
Zapfen 15 so ausgebildet ist, daß er direkt oder über eine Kupplung mit der Stellwelle
einer nicht dargestellten Armatur oder dergl. drehschlüssig verbunden werden kann.
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Die sichtbaren Teile des Zahnradgetriebes 13 weisen ein über weitere
vorgeschaltete, nicht dargestellte Zahnräderstufen von dem Antriebsmotor angetriebenes
Ritzel 16 auf, das mit einem Zahnrad 17 größeren Teilkreisdurchmessers kämmt, welches
drehfest mit einem auf der Ausgangswelle drehbar gelagerten Zahnrad 13 kleineren
Teilkreisdurchverbunden messers / ist, das seinerseits mit einem Zahnrad größeren
Teilkreisdurchmessers 19 kämmt, welches drehfest mit einem test auf einer Zwischenwelle
22 befestigten Zahnrad 20 kleineren Teilkreisdurchmessers kämmt, das mit einem fest
auf der Ausgangswelle 14 angeordneten Zahnrad 21 größeren Teilizreisdurchmessers
kämmt. Die Zwischenwelle 22 ist im Gehäuse mehrfach gelagert, wobei ihr swischen
zwei tagerplatinen 23, 24 des Gehäuses befindlicher Teilbereich, der in den Fig.
2 und 3 im Ausschnitt vergrößert dargestellt ist, zwei ITockenscheiben 25, 26 und
ein Zahnrad 27 trägt.
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Die Gockenscheiben 25, 26 weisen je einen Schaltnocken 29, 29' auf,
von denen jeder der Betätigung eines Dndschalters 30,31 dient. Die beiden Nockenscheiben
25, 25
und das Zahnrad 27 sind drehbar auf der Zwischenwelle 22
gelagert und durch Reibhaltungen in den jeweils relativ zur Zwischenwelle eingestellten
Winkelstellungen reibungsschlüssig gehalten. Jede Nockenscheibe 25 bzw. 26 bildet
ein Schaltglied zur Betätigung des zugeordneten, im Gehäuse stationär angeordneten
Endschalters 30 bzw. 51, die den Antriebsmotor 12 in den vorgesehenen Endwinlielstellungen
des Stellwinkelbereiches der Ausgangswelle 14 abschalten, wobei die beiden Endwinkelstellungen
durch Drehen der Nockenscheiben 25, 26 relativ zu der Zwischenwelle unabhängig voneinander
einstellbar sind.
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Mit dem Zahnrad 27 kämmt ein auf der Stellwelle 32 eines auf der Platine
23 angeordneten otentiometers 33 fest angeordnetes Zahnrad 28 ungefähr gleich großen
Teilkre-sdurchmessers. Dieses Potentiometer 33 dient der Erzeugnung eines stellwinkelabhängigen
Rückführsignales für eine nicht dargestellte Regeleinrichtung,als deren Stellglied
dieser Stellmotor 10 dient.
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Die beiden Nockenscheiben 25, 26 und das Zahnrad 27 sind im Gleitsitz
drehbar und axial verschiebbar auf der Zwischenwelle 22 angeordnet und werden in
ihren jeweils eingestellten ):inkelstellungen auf der Zwischenwelle 22 mittels den
zugeordneten Reibhaltungen gehalten. Die Reibhaltungen der beiden Nockenscheiben
25, 26 weisen je eine gespannte Tellerfeder 34, 35 auf, die spiegelbildlich zueinander
angeordnet sind und mit ihren Enden des größten Durchmessers
unmittelbar
an den benachbarten Stirnseiten der Nockenscheiben 25, 26 anliegen. Das Ende des
kleinsten Durchmessers der Tellerfeder 34 stützt sich an einer in eine Ringnut der
Zwischenwelle 22 eingesetzten Ringscheibe 36 ab, wogegen sich die andere Tellerfeder
35 direkt an der Stirnfläche 38 eines Bundes der Zwischenwelle 22 abstützt.
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Die Reibhaltung des Zahnrades 27 weist zwei spiegelbildlich zueinander
angeordnete,- gespannte Tellerfedern 37 auf, die sich mit ihren Enden größten Durchmessers
unmittelbar an den beiden Stirnseiten dieses Zahnrades 27 abstützen. Mit ihren bonden
kleinsten Durchmessers stützen sich diese beiden Tellerfedern 37 an in Ringnuten
der Zwischenwelle drehbar gelagerten Scheiben 36, 39 ab, von denen es sich bei der
Scheibe 36 um diejenige Scheibe handelt, an der sich auch die Tellerfeder 34 abstützt.
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Durch die Anlage der Enden des größten Durchmessers der Tellerfedern
34, 35, 37 an den auf der Zwischenwelle winkeleinstellbar angeordneten Teilen (Nockenscheiben
25,26, Zahnrad 27) wird erreicht, daß sich bei jedem der Wr rselewnstellung auf
der Zwischenwelle 22 dienenden Drehen dieser Teile getlerfedernfmit ihnen drehen,
so daß die Nockenscheiben 25, 26 und das Zahnrad 27 ohne flachteil aus Kunststoff
bestehen können, da an den Anlagestellen der Tellerfedern kein Verschleiß auftritt.
Die Scheibe 36 besteht dagegen zweckmäßig aus einem verschleißfesten Material, so
daß
bei jeder Winkelverstellung des Zahnrades 27 bzw.
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der Nockenscheibe 25 relativ zur Zwischenwelle 22 das Ende des kleinsten
Durchmessers der betreffenden Tellerfeder auf der Scheibe ohne ITachteil gleiten
kann. Pur die Scheibe 39 kann dieselbe Maßnahme vorgesehen sein, docq kann hier
zweckmäßig die Scheibe 39 auch so ausgebildet sein, daß sie sich zusammen mit der
an ihr anliegenden Dellerfeder 37 relativ zur Zwischenwelle dreht, wenn das Zahnrad
27 auf der Zwischenwelle gedreht wird.
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Die Spannung der Tellerfedern 34, 35, 37 ist so eingestellt, daß die
Reibungsmomente der Reibhaltungen der Nockenscheiben 2s, 26 und des Zahnrades 27
vielfach, zweckmäßig beispielsweise 30 - 50 fach größer sind als die Drehmomente,
die auf diese Teile 25, 26, 27 bei der Betätigung der Endschalter vO, 31 bzw. zur
Verstellung des Potentiometers 33 einwirken.
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Zur Winkeleinstellung der j'Tockenscheiben 25, 26 und des Zahnrades
27 relativ zur Zwischenwelle 22 können die Reibungsmomente der Reibhaltungen jedoch
ohne weiteres überwunden erden. Vorzugsweise werden die Gockenseheiben 25, 26 und
das Zahnrad 27 mittels geeigneten Werkzeugen von Hand gedreht. In diesem bevorzugten
usführungsbeispiel sind zu diesem Zweck in jeder Nockenscheibe zwei im Winkelabstand
voneinander angeordnete radiale Sacklöcher 40 vorhanden, in die entsprechende Zapfen
eines Schlüssels eingesetst werden können.
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Die von den Tellerfedern 34, 35 abgewendeten Stirnseiten der beiden
ITockenscheiben 25, 26 werden durch die Dellerfedern 34, 35 an einen drehfest mit
der Zwischenwelle 2
verbundenen, zur Zwischenwelle koaxialen Ring
41 angedrückt. Die beiden Stirnseiten dieses Ringes 41 sind eben, desgleichen die
an diesen Stirnseiten anliegenden Stirnseiten der itockenscheiben 25, 26. Doch können
in vielen Pällen mit Vorteil diese Stirnseiten auch konkav bzw.
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konvex konisch ausgebildet sein und formschlüssig ineinaiadegreifen,
um mit einer geringeren Federkraft das gewünschte Reibungsmoment zu erzielen.
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Das Übersetzungsverhältnis zwischen der Zwischenwelle 22 und der Ausgangswelle
14 wird durch die miteinander kammenden Zahnräder 20, 21 bestimmt und kann beispielsweise
so getroffen sein, das eine Winkelverstellung der Zwischenwelle um 2800 einer Winkelverstellung
der Ausgangswelle um 900 entspricht. Dieses Ubersetzungsverhältnis kann selbstverständlich
auch abweichend von dem genannten Wert getroffen sein, jedoch nur maximal so groß,
daß der Winkeiverstellbereich der Zwischenwelle 22 maximal 3600 ist. Der Winkelverstellbereich
der Au6gangswelle 14 läßt sich durch Drehen der beiden Nockenscheiben 25, 26 relativ
zur Zwischenwelle 22 in dör jeweils erforderlichen Weise einstellen und justieren,
wobei er'auch im ganzen relativ zur Zwischenwelle 22 geschwenkt werden kann, wenn
man die beiden Nockenscheiben um jeweils gleich große Winkelbeträge in denselben
Drehrichtungen relativ zur Zwischenwelle verschwenkt.
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Der Winkelverstellbereich des Potentiometers 33 ist stets proportional
dem durch die beiden Nockenscheiben 25, 2d) eingestellten Winkelstellbereich und
kann durch Drehen des Zahnrades 27 relativ zur Zwischenwelle im ganzen verschwenkt
werden.