DE2241362A1 - Stellvorrichtung zur erzeugung von linearen bewegungen - Google Patents
Stellvorrichtung zur erzeugung von linearen bewegungenInfo
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Description
BROWN, BOVERI & CIE . AKTIENGESELLSCHAFT r£3| |.'ί )%Φ
M A N N H EIM BRO WiToCVE R i
22Λ1362 I
Mp.-Nr. 590/72 . Mannheim, den 14. August' 1972 j
PAT-H/Bt ' I
Stellvorrichtung zur Erzeugung von linearen Bewegungen.
Die Erfindung betrifft eine Stellvorrichtung zur Erzeugung von '
linearen Bewegungen, insbesondere zum Antrieb von SoUwertstel-j
j lern oder Schiebern. . 1
Zur Verstellung von Sollwertgebern, Klappen, Schiebern o. dgl. !
sind meist Stellglieder mit einer linearen Bewegung erforderlich, für die man entweder elektromotorische Antriebe mit einer
Umwandlung der rotierenden Bewegung des Läufers über Getriebe in eine lineare Bewegung vorsieht, oder auch elektrohydraulische
Drücker oder einen Druckzylinder mit'einem unter dem Druck
eines Fluids oder eines Gases stehenden verschiebbaren Kolben, wobei das Fluid oder das Gas in einer getrennten Anlage auf den
erforderlichen Betriebsdruck gebracht werdenmuß. Die erstgenannten
mechanischen Einrichtungen haben den Nachteil, daß infolge des Schwungmomentes der rotierenden Massen ein kurzzeitiges
Stillsetzen Schwierigkeiten bereitet, während die mit unter Druck stehenden Fluiden oder" Gasen arbeitenden Einrichtungen
einen zusätzlichen Aufwand in Form der zugehörigen Druckerzeugungsanlage
benötigen. Es sind zwar in Form der Linearmotoren Mittel bekannt, elektrische Energie direkt in Kräfte, die in
linearer Richtung wirken, umzuwandeln, jedoch sind auch diese Einrichtungen bei kleineren Kräften relativ aufwendig. Hubmagnet
te verfügen nur über einen kurzen Hub und haben eine sich mit
dem Hubweg verändernde Zugkraft, sind also ebenfalls für den vorliegenden Zweck ungeeignet.
A09810/01U
I'd! 4 ■(,!''. .-'Cl .Ali
390/72
Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Stellantrieb zur Erzeu- \
gung einer linearen Bewegung mit relativ kleiner über den Weg annähernd konstanter Kraft im Bereich von etwa 10"" bis 10 kp
mittels elektrischer Energie zu schaffen, dessen materieller Aufwand und Raumbedarf sowie dessen Betriebskosten geringer
sind als bei den bisher bekannten Einrichtungen, wobei die Verwendung von Fluiden und unter Druck stehenden Gasen vermieden
ist.
Die Lösung der gestellten Aufgabe besteht erfindungsgemäß in
einem mindestens zweifach in Lagern mit festem Sitz (Haftsits) gelagerten Bewegungsstab, sowie einem aus einem magnetisierbaren
Material bestehenden, an seinem einen Ende mit einer Bohrung versehenen Anker, der zwischen den beiden Lagern auf dem
Bewegungsstab angeordnet ist, wobei der Bewegungsstab in losem Sitz (Schiebesitz bis Laufsitz DIN 774-778) in der Bohrung
sitzt, daß weiterhin der Anker durch zwei an beiden Flachseiten j in der Nähe dos Stabes angreifende Federn in seiner Mittellage
abgestützt ist, und daß das zweite Ende des Ankers zwischen zwei Elektromagneten angeordnet ist, von denen jeweils einer
impulsförmig erregbar ist.
Eine Weiterbildung der Erfindung weist einen U-förmigen, aus einem nicht magnetisierbaren Material bestehenden Rahmen auf,
zwischen dessen Schenkelenden die Elektromagnete angeordnet sind, wobei fernerhin innerhalb der Schenkel des Rahmens die
Läger angeordnet sind, und sich schließlich die zweiten Enden der Federn gegen die Schenkel des Rahmens abstützen.
In zweckmäßiger Weise sind seitlich an den Schenkeln des Rahmens'
in Höhe des Bewegungsstabes Laschen vorgesehen, die an ihrer Innenseite Anschläge aufweisen, an deren Seitenflächen die
Scheiben unter dem Druck der Feder anliegen. Hierdurch erhält der Anker eine eindeutige Ruhelage und es wird verhindert, daß
409810/01 1
.-
590/72
beim Zurückstellen des Bewegungsstäbes nach Entregung des Magne-j
ten durch die erste Feder die Kraft der zweiten Feder überwunder
werden muß.
Weitere Einzelheiten, eine Erklärung der Funktion der Einrichtung
und vorteilhafte. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sict aus den Unteransprüchen und dem im folgenden beschriebenen und
in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel. Es zeigen:
Die Fig. 1 eine Ansicht der Stelleinrichtung, teilweise aufgeschnitten,
die Fig. 2 eine Ansicht der Stelleinrichtung von oben gesehen mit nicht eingebauten Magneten und
die Fig. 3 eine schematische Darstellung der bei der erfindungsgemäßen
Stellvorrichtung auftretenden Kräfte.
In den Zeichnungen ist mit 1 der im Querschnitt kreisförmige Bewegungsstab und mit 2 der Anker bezeichnet, der eine .Bohrung
23 an seinem unteren Ende 21 aufweist. Das obere Ende ist mit
22 bezeichnet. Dieses ist zwischen zwei Elektromagneten 31, 32 angeordnet, die an der Innenseite der Schenkel 41 und 42 eines
U-förmigen, aus einem nicht magnetischen Material bestehenden
Rahmens 4 angeordnet sind.
Der Bewegungsstab 1 ist/in aus Kunststoff bestehenden Lagern 51
und 52, die in den Schenkeln 41 und 42 des Rahmens 4 eingelasser
sind, im festen Sitz z.B-. im Haft sit ζ verschiebbar gelagert. Dei
Bewegungsstab steckt weiterhin in der Bohrung 23 des Ankers 2 in losem Sitz, z.B. im Schiebesitz oder Laufsitz (nach DIN
774-778). Der Anker 2 ist in seiner Mittellage durch Federn 61 und 62 gehalten, die sich einerseits gegen die Schenkel 41 bzw.
42 des Rahmens 4 und andererseits gegen die breiten Flächen des
*mit einem Durchmesser d„
- 4
409810/0 1U
gat4F I (6'O.ICODC/KE)
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im Querschnitt rechteckig ausgebildeten Ankers 2 abstützen. Zwischen
den Federn 61 bzw. 62, die den im Querschnitt kreisförmig ausgebildeten Bewegungsstab konzentrisch umfassen, und dem
Anker 2 bzw. den Schenkeln 41 bzw. 42 des Rahmens sind jeweils
Scheiben 71, 72 und 81, 82 angeordnet, die z.B. aus einem Kunststoff wie Polyäthylen bestehen* Die letzteren haben eine
rechteckige Form. Die Lager 51 bzw. 52 sind durch Federn 91, 92,
die in Bohrungen der Schenkel 41 bzw. 42 angeordnet sind, gegen den Bewegungsstab 1 angepresst. Die Schenkel 41 bzw. 42 des
Rahmens 4 sind in der Höhe des Bewegungsstabes durch zwei
äussen an diesen befestigten Laschen 10 verbunden.An der Innenseite
der Laschen 10 sind jeweils in Höhe des Ankers 2 Anschläge 101 und 102 angebracht, deren Breite der Dicke des Ankers 2
entspricht. An die Anschläge 101 bzw. 102 legen sich die bereits erwähnten Scheiben 81 und 82 unter Druck der Federn 61 bzw. 62
•an. Auf diese Weise ist die Mittellage des Ankers 2 fixiert.
Ein Justieren oder Auswiegen der Federn 61 bzw. 62 ist damit nicht erforderlich. Außerdem wirkt bei einer Bewegung des Bewegungsstabes
z.B. nach rechts die Feder 61 nicht mit, da ihre Ausdehnung durch die an den linken Flächen der Anschläge 101
bzw. 102 anliegenden Scheiben 81 begrenzt ist. Bei der Rückführung des Bewegungsstabes 1 wirkt die Feder 62 die Kraft der
Feder 61 also nicht entgegen, wodurch die Rückführung in die Mittellage mit ausreichender Geschwindigkeit erfolgt.
Anschließend wird die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Anordnung
an Hand der schematischen Darstellung in Fig. 3 erläutert. Bei Erregung z.B. des Elektromagneten 32 wirkt auf das
Ende 22 des Ankers 2 eine Kraft F. Diese bewirkt ein geringförmiges Kippen des Ankers 2 auf den Bewegungsstab 1 nach rechts,
wodurch das obere Ende 22 um den Wert Z^ S1 verschoben wird.
Dabei bleibt die linke Scheibe an den linken Flächen der Anschläge 101 bzw. 102 in unveränderter Lage, während die rechte
Scheibe 82 nach rechts bewegt wird. Nach Entregung des Magneten
32 wird der Anker 2 durch die vorgespannte Feder 62 wieder in
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Pat 4 F 1 (670.10000/KE)
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die Mittellage zurück geschoben, und zwar so lange, bis die Schei-··
be 82 wieder an die rechten Flächen der Anschläge 101 bzw. 102 zum Anliegen kommt. Damit ist gewährleistet, daß der nächste
Arbeitsschritt - gleichgültig in welcher Richtung dieser erfolgt
- gleich groß ist wie der vorhergehende Schritt.
Bei der Kippbewegung des Ankers 2 erfolgt ein Verklemmen des Bewegungsstabes
1 in der Bohrung 23 des Ankers 2 mit den Kräften G an der linken bzw. rechten Flachseite des Ankers. Die Größe der"
Kraft G ist abhängig von der Kraft F, dem Abstand r^ der Mittelachse
des Bewegungsstabes 1 von dem gedachten Angriffspunkt der Kraft F, sowie von der Größe r2 der halben Diagonalen der
Bohrung 23 im Anker 2, sowie der Breite d^ des Ankers. Unter der
Wirkung der Kraft F ergibt sich bezogen auf die Bohrung 23 ein Drehmoment · .
M = r-, . F,
dem ein Gegenmoment gleicher Größe von
dem ein Gegenmoment gleicher Größe von
2 . ro . G·
entgegensteht. Dabei muß die Kraft Gr als senkrecht zur Diagonale
ν2 d-er Bohrung 23 wirkend angesehen werden. Ausgedrückt
1
r
r
durch die Kraft F ergibt sich dann
1 r
Gl _ I
ff ? ·
und für die senkrechte, zur Achse des BewegungsStabes 1 wirkende
Komponente G, die als Anpresskraft wirkt,
= Lll G« = 1 . h . Il . F
2? 4 r2 r2
Die in Richtung der Achse des Bewegungsstabes wirkende Kraft ist'
bei einem Reibungskoeffizienten KJ[/Λ zwischen Bewegungsstab 1 und i
/I OO
Anker 2 dann
F1 = 2JUA . G
4098 10/0114
P.il -1 Γ 1 CK70 100UI.VKL)
Durch die weiter wirkende Kraft F erfolgt nun eine Verschiebung des Bewegungsstabes um den Wert Δ s gegen die Lagerreibkraft H
der beiden Lager 51 bzw. 52, die Gegenkraft R der Feder 62, sowie die Gegenkraft P des zu verstellenden Antriebsgliedes.
Die Lagerreibkraft ist
wobei /V2 der Reibungskoeffizient und K die Kraft der Feder 92
ist.
Yor-aussetzung für eine Bewegung des Bewegungsstabes 1 ist, daß
die Kraft F1 größer ist als die Summe der Kraft H der Lagerreibung,
der Gegenkraft R der Feder 62, sowie der Gegenkraft P des zu verstellenden Gegenstandes. Als zweckmäßiger Wert für die
Dimensionierung der Stelleinrichtung hat sich ein Verhältnis des Abstandes r^ der Mittelachse des Bewegungsstabes von dem
gedachten Angriffspunkt der Kraft F zu dem Durchmesser r.p der
Diagonale der Bohrung 23 von 8 : 1 und für die Reibungskraft der Lager 51 bzw. 52 etwa das Doppelte der Kraft R der Feder
61 bzw. 62 erwiesen.
Bei Entregung des Elektromagneten 32 verschwinden die Kräfte F und G und es erfolgt durch die Wirkung der Kraft R der Feder 62
eine Rückstellung des Ankers 2 in seine Ruhelage. Der Bewegungsstab 1 wird dabei durch die Reibkraft H der beiden Lager 51 und
52 in der neuen Lage festgehalten. Anschließend erfolgt eine neue Erregung des Elektromagneten 32 und es wiederholt sich der
eben beschriebene Arbeitsvorgang.
Die Anwendung der erfindungsgemäßen Stellvorrichtungen kann bei
beliebigen Stellgliedern erfolgen. Sie ist besonders geeignet für die Einstellung von Sollwertstellern für Regeleinrichtungen
als auch für die Betätigung von Luftklappen oder Schiebern zur Luftmischeinrichtung von Klima-Anlagen wie z.B. einer solchen
nach dem DBP 1 189 110.
-7 -
Λ 0 9 8 1 0/01 U
PaM F 1 (6'0.100RVKE)
Claims (1)
- 52Q___PatentansprücheStellvorrichtung zur Erzeugung von linearen Bewegungen, insbesondere zum Antrieb von Sollwertstellern oder Schiebern, gekennzeichnet durch einen mindestens zweifach in Lagern (51, 52) mit festem Sitz (Haftsitz) gelagerten Bewegungsstab (1),' sowie einen aus einem magnetisierbaren Material bestehenden, an seinem einen Ende (21) mit einer Bohrung (25) versehenen Anker (2), der zwischen den beiden Lagern (51, 52) auf dem Bewegungsstab (1) angeordnet ist, wobei der Bewegungsstab (1) in losem Sitz (Schiebesitz bis Laufsitz) in der Bohrung (23) sitzt, daß weiterhin der Anker (2) durch zwei an beiden Flachseiten in der Nähe des Stabes (1) angreifende Federn (61, 62) in seiner Mittellage abgestützt ist, und daß das zweite Ende (22) des Ankers (2) zwischen zwei Elektromagneten (31, 32) angeordnet ist, von denen jeweils einer impulsförmig erregbar ist.Stellvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen U-förmigen, aus einem nicht magnetisierbaren Material bestehenden Rahmen (4), zwischen dessen Schenkelenden (41, 42) die Elektromagnete (31, 32) angeordnet sind, wobei fernerhin innerhalb der Schenkel (41, 42) des Rahmens (4) die Lager (51, 52) angeordnet sind und sich schließlich die zweiten Enden der Federn (61, 62)gegen die Schenkel (41, 42) des Rahmens abstützen.Stellvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektromagnete aus ebenfalls U-förmigen Kernen bestehen, deren Joche jeweils an der Innenseite der Enden der Schenkel (41, 42) des Rahmens (4) angeordnet sind.409810/01UPat4r 1 (6?0 !OOGG/KE)590/72 _4. Stellvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Bewegungsstab (1) im Querschnitt kreisförmig ist.5. Stellvorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Anker ein im Querschnitt rechteckiger Eisenstab dient.6. Stellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß seitlich an den Schenkeln (41» 42) des Rahmens (4) in Höhe des Bewegungsstabes (1) Laschen (10) vorgesehen sind, die an ihrer Innenseite Anschläge (101) aurweisen, an deren Seitenflächen die Scheiben (81 bzw. 82) unter dem Druck der Federn(61 bzw. 62) anliegen.7. Stellvorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Federn (61, 62) als Schraubenfeder ausgebildet sind und den Bewegungsstab (1) einschließend umfassen.8. Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lager (51, 52) aus einem Kunststoff, z.B. einem Epoxyharz bestehen.9. Stellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Abstandes(r\J der Mittelachse des Bewegungsstabes von dem gedachten An- J griffspunkt der Kraft (F) zu dem Durchmesser (r2) der Diago· nale der Bohrung (23) 8 : 1 beträgt.10. Stellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibungskraft des Lagers (51 bzw. 52) etwa das Doppelte der Kraft (R) der Feder (61 bzw. 62) beträgt.40981 0/0114Pat4F1 (6?0.1(10OCVKE)
Priority Applications (6)
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| DE19722241362 DE2241362C3 (de) | 1972-08-23 | 1972-08-23 | Stellvorrichtung zur Erzeugung von linearen Bewegungen |
| CH1098073A CH562529A5 (de) | 1972-08-23 | 1973-07-27 | |
| AT676873A AT322156B (de) | 1972-08-23 | 1973-08-01 | Stell vorrichtung zur erzeugung von linearen bewegungen |
| IT5211373A IT990293B (it) | 1972-08-23 | 1973-08-21 | Dispositivo rivelatore per il controllo di spostamenti lineari |
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19722241362 DE2241362C3 (de) | 1972-08-23 | 1972-08-23 | Stellvorrichtung zur Erzeugung von linearen Bewegungen |
Publications (3)
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|---|---|
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| DE2241362B2 DE2241362B2 (de) | 1975-02-27 |
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Family
ID=5854276
Family Applications (1)
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| GB (1) | GB1389797A (de) |
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-
1973
- 1973-07-27 CH CH1098073A patent/CH562529A5/xx not_active IP Right Cessation
- 1973-08-01 AT AT676873A patent/AT322156B/de not_active IP Right Cessation
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- 1973-08-22 FR FR7330503A patent/FR2197197B1/fr not_active Expired
- 1973-08-23 GB GB4007873A patent/GB1389797A/en not_active Expired
Also Published As
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|---|---|
| GB1389797A (en) | 1975-04-09 |
| FR2197197A1 (de) | 1974-03-22 |
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| DE2241362C3 (de) | 1975-10-09 |
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| DE2241362B2 (de) | 1975-02-27 |
| ATA676874A (de) | 1975-02-15 |
| AT322156B (de) | 1975-05-12 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
| E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
| 8320 | Willingness to grant licences declared (paragraph 23) | ||
| 8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: BBC BROWN BOVERI AG, 6800 MANNHEIM, DE |
|
| 8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: ASEA BROWN BOVERI AG, 6800 MANNHEIM, DE |