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Elektrischer Stellantrieb Die Erfindung betrifft einen elektrischen
Stellantrieb, bestehend aus einem Induktionsmotor mit Kurzschlußrotor und einem
mechanischen Gewinde-Schraubtrieb zur Umwandlung der Drehbewegung des Induktionsmotors
in eine geradlinige Bewegung. Bei der Anwendung derartiger Stellantriebe im industriellen
Sektor ist der vorhandene Einbauraum oft begrenzt. Bei der Anwendung im privaten
Sektor, z.B. Wohnbereich, soll der Stellantrieb so wenig-wie möglich in Erscheinung
treten. Es ergibt sich somit die Forderung, daß derartige Stellantriebe mit möglichst
geringen Abmessungen ausgeführt werden sollen. Aus diesem Grunde wird der mechanische
Gewinde-Schraubtrieb vielfach konzentrisch zum Elektromotor angeordnet und dafür
der Elektromotor mit einer hohlen Läuferwelle ausgeführt, durch die die Gewinde
spindel hindurchführt.
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Die Gewinde spindel muß mit Rücksicht auf die auftretenden Kräfte
und Knicklasten mit einem bestimmten Mindestdurchmesser ausgeführt werden. Bei einer
angestrebten kleinen, für die geforderte Stellkraft ausreichenden Motorgröße mit
entsprechend kleinem Läuferdurchmesser ist bei den bekanntes geblechten und genuteten
Kurzschlußrotoren infolge der Tiefe der Nuten und der aus mechanischen und magnettechnischen
Gründen notwendigen Nutrücken die Ausführung einer ausreichenden Bohrung für die
hohle
Rotorwelle nicht mehr möglich, so daß aus diesem Grunde Elektromotoren mit unnötig
großen Abmessungen verwendet werden mUssen.
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Weiterhin ist es wesentlich, daß der Elektromotor derartiger Stellantriebe
sein höchstes Drehmoment beim Anlauf entwickelt, um die Reibung der Ruhe im Gewinde-Schraubtrieb
und in den zu bewegenden Teilen und gegebenenfalls in den dazu führenden Gestängen
zu überwinden und diese Teile zu beschleunigen. Ein zusätzlich erschwertes Anfahren
unter Last tritt bei Stellantrieben dann auf, wenn das zu bewegende Teil mit der
vollen Kraft in seine Endstellung, normalerweise gegen einen Anschlag, gedrückt
wurde und aus dieser Lage wieder zurückbewegt werden soll. Dagegen ist die Höhe
des Drehmomentes bei der Nenndrehzahl des Elektromotors weniger bedeutend, weil
derartige Stellantriebe in der Regel nur für eine begrenzte kurzzeitige Stellbewegung
eingesetzt werden.
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Induktionsmotoren mit Kurzschlußrotoren werden wegen ihres einfachen
Aufbaues und wegen ihrer Wartungsfreiheit bevorzugt fUr Stellantriebe verwendet,
entwickeln ihr größtes Drehmoment Jedoch kurz unterhalb der maximalen Drehzahl.
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Man hat versucht, diesen Nachteil durch Einbau von Kraftendschaltern,
Federn und Leerhüben in das Gestänge zu vermeiden.
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Diese Lösungen begrenzen jedoch einerseits die zur Verfügung stehende
Axialkraft des Stellantriebes, andererseits ergeben sie aufwendige, dem Verschleiß
unterworrene Vorrichtungen, die auch zusätzlichen Raum in Anspruch nehmen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Verwendung der einfachen und billigen
Induktionsmotoren zu ermöglichen, ihre oben beschriebenen Nachteile jedoch zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der magnetisch aktive Teil des Kurzschlußrotors
aus massivem Material besteht.
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Diese bei Induktionsmotoren an und für sich bekannte Maßnahme ermöglicht
bei Stellantrieben die Anwendung eines geringen Läuferdurchmessers bei gleichzeitig
ausreichender Innenbohrung für die hohle Rotorwelle und ergibt eine besonders einfache
und billige Konstruktion des Kurzschlußrotors.
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Zusätzlich erhält man eine vorteilhafte Veränderung der Drehmoment-Kennlinie
des Induktionsmotors in der Weise, daß das maximale Drehmoment im Anfahrpunkt liegt
und außerdem höhere Werte annimmt als bei einem normal üblichen, aus Blechen zusammengesetzten
und genuteten Rotor. Außerdem weist ein derartiger Rotor ein günstigeres Verhältnis
des abgegebenen Anlauf-Drehmomentes zum Anlauf strom auf, so daß die elektrische
Leistung des Motors verringert werden kann, wodurch noch der Vorteil einer geringeren
Erwärmung auftritt.
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Die Verminderung des Drehmomentes im oberen Drehzahlbereich kann aus
den oben angegebenen Gründen in Kauf genommen werden.
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Bei Bedarf kann eine zusätzliche Steigerung des Drehmomentes des Elektromotors
und damit der erzielbaren Axialkraft des Stellantriebes dadurch erreicht werden,
daß am magnetisch aktiven Teil des Kurzschlußrotors Strom-Leitbahnen, wie z.B.
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Kurzschlußendringe, Käfigstäbe, Mantelschichten aus elektrisch
gut
leitendem Material angeordnet sind.
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Eine besonders einfache Knstruktion ergibt sich dadurch, daß der magnetisch
aktive Teil sowie die Rotorwelle mit den Lagerstellen aus einem StUck bestehen.
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Einen elektrischen Stellantrieb mit besonders vorteilhaften Eigenschaften
erhält man durch Kombination des erfindungsgemaßen Rotors mit einem früher vorgeschlagenen
mechanischen Schraubtrieb, bei dem eines oder beide der den Schraubtrieb bildenden
Gewindeelemente oder die Gewindeoberfläche eines oder beider Gewindeelemente aus
Kunststoff besteht.
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Ein Stellantrieb dieser Bauweise ergibt bei einer gegebenen Motorleistung
besonders große Stellkräfte beim Anlauf durch das hohe Anlaufmoment des Rotors aus
massivem Magnetmaterial und durch den bei den vorgeschlagenen Reibpaarungen vorhandenen
günstigen Reibwert der Ruhe.
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Eine besonders bevorzugte und konstruktiv einfache Ausführungsform
eines Stellantriebes mit einem Rotor aus massivem Magnetmaterial mit einer Reibpaarung
mit mindestens einem Gewindeelement aus Kunststoff erhält man, indem die hohle Rotorwelle
ganz aus Kunststoff besteht, in die das Innengewinde direkt eingeformt ist und auf
der der magnetisch aktive Teil des Kurzschlußrotors in Form eines Rohres angeordnet
ist.
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Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in Fig.1 und Fig.2 der
Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.
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In beiden Figuren ist ein Stator 1 mit einer Wicklung 2 fest in einem
Gehäuse 5 angeordnet.
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Das Gehäuse 5 enthält zwei Lagerstützringe 4 mit Kugellagern 5.
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Ein Kurzschlußläufer mit einer hohlen Rotorwelle 6 und dem magnetisch
aktiven Teil 7 aus massivem Material ist in den Kugellagern 5 drehbar gelagert.
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Die hohle Rotorwelle 6 enthält ein Innengewinde 8 und eine Führung
9. Eine konzentrisch in der Rotorwelle angeordnete Gewindespindel 10 bildet mit
dem Innengewinde 8 den Gewinde-Schraubtrieb. Die Führung 9 dient der exakten radialen
Führung der Gewindespindel 10 und. verhindert ein Schrägstellen der Gewindespindel
10 im Innengewinde 8 und somit ein Verklemmen des Gewinde-Schraubtriebes. Die Gewindespindel
10 ist mit dem zu bewegenden Teil (z.B. Fenster, Klappe, Ventil usw.) verbunden
(nicht dargestellt) und wird bei Drehung des KurzschluX-läufers in axialer Richtung
bewegt, während das Gehäuse 3 in geeigneter Weise, z.B. schwenkbar, gelagert ist.
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In dem AusfUhrungsbeispiel nach Fig.1 sind nacheinem weiteren Vorschlag
der Erfindung am magnetisch aktiven Teil 7 des Kurzschlußrotors Kurzschlußendringe
11 angebracht. Der magnetisch aktive Teil und die Rotorwelle mit den Lagerstellen
bestehen aus einem Stück. In beiden Enden der hohlen Rotorwelle sind Buchsen 12
und 13 aus Kunststoff mit guten Gleiteigenschaften angeordnet. In der Buchse 12
ist das Innengewinde 8 eingeformt. Die Buchse 15 ist mit der Führung 9, vorzugsweise
einer zylindrischen Bohrung, versehen.
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In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 besteht die hohle Rotorwelle
6 ganz aus Kunststoff. Der magnetisch aktive Teil 7 des Rotors ist in Form eines
Rohres auf der hohlen Rotorwelle 6 angeordnet. Am einen Ende dieser Rotorwelle ist
das Innengewinde 8 direkt in die Rotorwelle eingeformt. Die restliche Innenwand
der hohlen Rotorwelle dient als radiale Führung 9 fUr die Gewindespindel 10.