DE2321403C3 - Antriebseinrichtung für einen Schieber - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung für einen Schieber gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine derartige Antriebseinrichtung für einen Schieber ist aus der US-PS 34 88 030 bekannt Die dort beschriebene Ventilanordnung zeichnet sich dadurch aus, daß sie einerseits keine Endlagenschalter benötigt, um z. B. das Erreichen der Schließstellung festzustellen, da sich der Schrittmotor mechanisch festlaufen kann, ohne daß es zu einer Beschädigung kommt, und daß andererseits die Ventilöffnung zur möglichst genauen Bemessung des durch sie hindurchgehenden Materialstroms durch ein elektrisches Fernsteuersignal eingestellt werden kann. Damit diese Einstellung mit der gewünschten Präzision erfolgt, ist zwischen dem Schrittmotor und dem Verschließteil der Ventilanordnung ein Untersetzungsgetriebe vorgesehen, das ein sehr langsames und genaues Hin- und Herbewegen des Verschließteils ermöglicht.

In dieser US-PS ist jedoch nicht das Problem angesprochen, das sich daraus ergibt, daß in sehr vielen Fällen beim Antrieb eines Schiebers besonderes Gewicht darauf zu legen ist, daß der Schieber in seiner Schließstellung bzw. Endstellung mit einer genau vorbestimmten Kraft gehalten wird, die vom Motor direkt oder indirekt aufzubringen ist. Demgemäß ist es mit dieser bekannten Antriebseinrichtung auch nicht möglich, eine vorbestimmte Verschließkraft betriebsmäßig dauernd auf das Verschließteil einwirken zu lassen.

Es sind aus der US-PS 29 33 937, der DE-AS 1231 517, der DE-AS 15 50 145 und der DE-Patentanmeldung S 1632, bekanntgemacht am 18.3.1954, Antriebseinrichtungen für Schieber bekannt, bei denen jeweils mindestens ein in der Schließstellung des Schiebers elastisch verformbares Bauelement vorgesehen ist, das bei einer vorbestimmten Belastung, d.h.

positionsabhängig ein Schaltglied betätigt

Bei den aus der US-PS 29 33 937 und der DE-AS 12 31 517 bekannten Antriebseinrichtungen für Schieber wird das jeweils als Feder ausgeführte elastische Bauteil nach dem Abschalten wieder in den entspannten

is Zustand überführt und kann mithin keine vorbestimmte Schließkraft auf den Schieber ausüben.

In der DE-AS 15 50 145 ist an keiner Stelle erwähnt welchen Zustand die das elastische Bauteil bildenden Tellerfedern nach dem Abschalten des Motors einnehmen. Die erfindungsgemäß angestrebte Wirkung stellt sich dort aber nicht rein zwangsläufig ein, da die Möglichkeit besteht daß nach dem Ausschalten des Motors sich die Gewindespindel unter der Einwirkung der die Selbstsperrkraft der Spindelanordnung übersteigenden Reaktionskraft des Schiebers gegenüber der Spindelmutter dreht wodurch eine Entlastung der Tellerfeder eintritt mid keine vorbestimmte Schließkraft auf den Schieber ausgeübt werden kann.

Eine solche vorbestimmte Schließkraft wird jedoch

bei der Anordnung nach der DE-Patentanmeldung S 1632 erzielt

Weiterhin ist aus der CH-PS 5 03 316 und der CH-PS 4 74 790 bei Induktionsmotoren für Stellantriebe zur stabilen Einhaltung der eingestellten Positionen des Stellgliedes bekannt bei Wegfall eines mechanischen Sperrgetriebes den Motoren einen Haltestrom zuzuführen.

Aus einer Veröffentlichung in der Zeitschrift »Elektronik«, 1967, Heft 2, S. 53—58, ist weiterhin bekannt, elektrische Schrittmotoren zur Steuerung von Steuerventilen in einem elektrohydraulischen Schrittmotor einzusetzen. Auch die US-PS 33 53 076 beschreibt drehzahlgesteuerte Schrittmotoren, deren Winkelstellung durch Positionsdetektoren kontrolliert wird. In beiden Anwendungsfällen steht jedoch im Stillstand am Motor kein Haltemoment zur Verfügung. Eine Verwendung dieser nach dem Stand der Technik bekannten Schrittmotoren wäre daher zum Antrieb eines Schiebers höchst unvorteilhaft, da dann der Schieber nach Erreichen seiner Endstellung nicht in seiner Lage festgehalten wird.

Demgegenüber besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Antriebseinrichtung für einen Schieber zu schaffen, mit der auf einfache und zuverlässige Weise unter Vermeidung eines mechanischen Sperrgetriebes eine vorbestimmte Schließkraft auf den Schieber ausgeübt werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einer Antriebseinrichtung der eingangs genannten Art nach der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs I gelöst.

Durch diese erfindungsgemäße Vorrichtung wird eine Bewegung der Motorwelle über ein zwischengeschaltetes, elastisches Bauelement auf den Schieber Übertragen. Wenn der Schieber seine Endstellung, über die er nicht hinausbewegt werden kann, erreicht hat, beginnt das elastische Bauelement sich zu verformen. Die Positionsdetektoren erkennen eine vorbestimmte elastische Verformung und steuern den Impulsgenerator so, daß

der Motor zum Stillstand kommt und im Stillstand durch einen ihm weiter zugeführten Ruhestrom ein Haltemoment aufbringt, das den Schieber mit der vorbestimmten Kraft in seiner Endstellung hält.

Die von den Positionsdetektoren und der Koinzidenzschaltung gebildete Funktionseinheit kann aus einem Unterbrecher mit biegsamen Kontaktzungen bestehen, und die Markierungsträger (.Scheiben) können magnetische Massen tragen, deren Magnetfeld den Unterbrecher beeinflußt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; sie zeigt ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung für einen Schieber mit einem Reluktanz-Schrittmotor, der eine Drehbewegung ausführt

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Reluktanz-Schrittmotor 1 mit variabler Drehzahl vorgesehen. Dieser Schrittmotor wird von einem Impulsgenerator 11 versorgt, dessen Frequenz in Abhängigkeit von der Zahl der Elementarschricie des Motors und der gewünschten Schließgeschv;indigkeit gewählt wird. Es ist bekannt, daß Reluktanz-Schrittmotoren bei geringen Drehzahlen ein erhöhtes Drehmoment und im Stillstand ein gewisses Haltemoment aufweisen. Dieses an und für sich sehr kleine Haltemoment kann durch einen geringen Ruhestrom in der Größenordnung eines Bruchteils des Nennstroms des Motors nennenswert erhöht werden und der Motor dadurch in einer bestimmten Stellung festgehalten werden. Diese interessante Eigenschaft des Reluktanz-Schrittmotors wird erfindungsgemäß ausgenutzt, um die Verwendung eines Getriebes, das nur in einer Richtung bewegbar ist, eines sogenannten Sperrgetriebes, zu vermeiden.

Falls erforderlich, kann die Bewegung der Motorwelle über ein Reduktionsgetriebe 2 übertragen werden. In der Mehrzahl der Anwendungsfälle kann jedoch auf das Reduktionsgetriebe verzichtet werden, indem eine genügend niedrige Impulsfrequenz zur Ansteuerung w gewählt wird, aus der ohnedies ein erhöhtes Drehmoment resultiert Die Drehbewegung des Motors wird über ein elastisches Bauelement 3 auf das Verschließteil 4 übertragen. Der Aufbau und die Beschaffenheit des elastischen Bauelements 3 ist so gewählt daß es bei « Anlegen von vorbestimmten Kräftei eine bestimmte Winkelverformung, d.h. eine Verdrehung um seine Längsachse erleidet Wenn nun der Schieber während des Schließvorgangs in seine Endstellung gelangt und dort zwangsläufig festgehalten wird, führt der Motor so weiterhin eine Drehbewegung aus, die zur Verformung des elastischen Bauelements führen und die gleichzeitig den Schieber mit einer gewissen Schließkraft in seiner Endstellung hält

Die elastische Verformung des elastischen Bauelements 3 wird mittels zweier Scheiben 6 und 7 festgestellt, die mit den Enden des elastischen Bauelements 3 verbunden sind und die mit Markierungen, Kerben oder mit strukturell unterschiedlichen Bereichen 13 versehen sind. Diese Markierungen wirken berührungslos auf zwei Positiönsdeteklöfen 8 und 9 ein, die in der Nähe der Scheiben 6 und 7 angeordnet sind.

Die beim Schließen des Schiebers auftretende Reibung wird über das Verschließteil 4 übertragen, b*> bewirkt aber ein so geringes Betätigungsmoment, daß das elastische Bauelement 3 keine Torsionsdeformation erfährt.

Die Markierungen 13 sind auf den Scheiben 6 und 7 versetzt so angeordnet, daß in diesem Fall die in dun Positionsdetektoren 8 und 9 erzeugten Signale nicht synchron auftreten.

Wenn das am Verschließteil 4 auftretende Drehmoment ansteigt, verformt sich das elastische Bauelement 3 und die auf den Scheiben 6 und 7 vorgesehenen Markierungen ändern ihre Stellung zueinander so, daß sich die von den Positionsdetektoren 8 und 9 gelieferten Impulse zeitlich nähern. Wenn am Verschließteil 4 ein Drehmoment mit vorbestimmtem Wert auftritt, geben die Positionsdetektoren 8 und 9 synchrone Impulse ab, die einer Koinzidenzschaltung 10 ».geführt werden. Die Koinzidenzschaltung 10 erzeugt daraufhin ein Ausgangssignal, das den Impulsgenerator 11 sperrt, d. h. die von ihm abgegebene Frequenz auf Null herunterregelt, und dadurch ein Anhalten des Reluktanz-Schrittmotors 1 bewirkt

Beim Stillstand des Schrittmotors, wenn sich der Schieber S in seiner Endstellung befindet wird durch die als elastische Verformung des elastischen Bauelements 3 gespeicherte potentielle Energie ei« Di ehmoment auf das Verschließelement 4 übertragen, das seinerseits auf den Schieber 5 die gewünscbie Schließkraft nusübt Dieses Drehmoment wirkt selbstverständlich auch rückwärts in gleicher Größe auf den Schrittmotor.

Wenn nun dieser Motor ein Motor vom herkömmlichen Typ ohne Haltemoment wäre, würde das auftretende Drehmoment den Motor rückwärts drehen, die Verformung des elastischen Bauelements würde aufgelöst und die Schließkraft am Schieber würde verschwindea Da jedoch ein Reluktanz-Schrittmotor vorgesehen ist, der im Stillstand mit einem kleinen Haltestrom versorgt wird, kann dieser unerwünschte Vorgang nicht auftreten. Der verwendete Schrittmotor kann ein genügend hohes Haltemoment aufbringen, das dem vom elastischen Bauelement aufgebrachten Drehmoment entspricht Der Schrittmotor wird also nicht zurückgedreht, er wird in seiner Lage festgehalten und auf den Schieber wird auch im statischen Schließzustand die gewünschte Schließkraft ausgeübt

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung wird also nicht nur unter Verwendung eines Schrittmotors ein Antrieb für den Schließvorgang eines Schiebers geschaffen, sondern zusätzlich auch gewährleistet, daß auf den Schieber im geschlossenen Zustand eine vorbestimmte Schließkraft ausgeübt wird.

Die Einstellung und Einjustierung der auf den Schieber ausgeübten Schließkraft kann dadurch erfolgen, daß die an den Scheiben 6 und 7 vorgesehenen Markierungen im Ruhezustand so gegeneinander gedreht versetzt werden, daß die dadurch vorgezeichne te Torsionsdeformation des elastischen Bauteils 3 der gjwü.ischten Schließkraft entspricht Wahlweise kann dieselbe Wirkung dadurch erzielt werden, daß zuraindest einer der Positionsdetektoren 8 und 9 gegen den anderen versetzt wird.

Abweichend vom beschriebenen Ausführungsbeispiel, bei dem die Scheiben 6 und 7 an den Enden des elastischen Bauelements befestigt sind, kann natürlich eine Vielzähl von möglichen anderen Anordnungen ins Auge gefaßt werden, solange nur die Möglichkeit geschaffen ist, die auf den einzelnen Scheiben angebrachten Markierungen gegeneinander zu versetzen. Beispielsweise I önnen die Scheiben auch in einem gewissen Abstand von den beiden Enden des elastischen Bauteils angebracht werden.

Die aus den Positionsdetektoren 8 und 9 und der

Koinzidenzschaltung 10 gebildete Funktionseinheit kann auch in sehr einfacher Weise als einzelner Positionsdetektor ausgebildet sein, der gleichzeitig durch die Markierungen an beiden Scheiben beeinflußt wird. Dazu können die beiden Scheiben 6 und 7 mit magnetischen oder magnetisierbaren Massen, die die Markierungen darstellen, ausgestattet sein, deren jeweilige Stellung zueinander bei einer entsprechenden Belastung bzw. Verformung des elastischen Bauelements ein magnetisches Feld hervorruft, dessen Intensität oder Form das Schließen oder Öffnen der Kontakte eines Unterbrechers mit biegsamen Kontaktzungen bewirkt. Wahlweise können auch Positionsdetcktoren vorgesehen sein, bei denen durch die jeweilige Stellung der Scheiben 6 und 7 zueinander ein Lichtstrahl freigegeben oder unterbrochen wird, der auf eine Photozelle gerichtet ist. Das Ausgangssignal der Photozelle wird in entsprechender Weise als MaO für

Das elastische Bauelement 3 selbst kann aus

zylindrischen oder rohrförmigen Teilen bestehen, die gegebenenfalls örtlich mit Schwachstellen ausgestattet sein können. Zur Verwendung in Frage kommen auch passende Federn, z. B. Schraubenfedern.

Abweichend von dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel, in dem der Reluktanz-Schrittmotor eine Drehbewegung ausführt, kann auch ein Reluktanz-Schrittmotor mit Linearbewegung verwendet werden, der mit einem elastischen Druck- oder Zugelement verbunden ist, das mit zwei Markierungsträgern in Verbindung steht. Eine sehr vorteilhafte Ausführungsform besteht darin, daß die Positionsdetektoren die Windungen einer schraubenförmigen Feder überwachen und den Zustand feststellen, bei dem durch Druckoder Zugbelastung der Feder deren Windungen in einen Abstand gebracht werden, der dem Abstand der beiden Positicnsdetektoren zueinander entspricht.

Die Erfindung wird nur in der Gesamtheit der ITiCrKiTfSiC uCS rvHSprUCiiS ι gCSCtiCH.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   1, Antriebseinrichtung für einen Schieber, mittels eines von einem Impulsgenerator gesteuerten Schrittmotors mit veränderbarer Reluktanz, der mit dem Verschließteil des Schiebers in Verbindung steht und bei Sperrung der Antriebsimpulse ein Hattemoment ausübt, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Verschließteil (4) des Schiebers und dem Schrittmotor (1) mindestens ein in der Schließstellung des Verschließteils elastisch verformbares Bauelement (3) angeordnet ist, daß zwei Positionsdetektoren (8, 9) vorhanden sind, die unter dem Einfluß von je einem Markierungsträger (Scheiben 6, 7), die an verschiedenen Stellen des elastischen Bauelements (3) angeordnet sind. Impulse abgeben, die einer Koinzidenzschaltung (10) zugeführt sind, daß dann, wenn am Verschließteil (4) ein Drehmoment mit vorbestimmten! Wert auftritt, die Positionsdetektoren (8 und 9) synchrone Impulse abgeben, worauf die Koinzidenzschaltung (10) ein Ausgangssignal erzeugt, das den Impulsgenerator (11) sperrt, d.h. die von ihm abgegebene Frequenz auf Null herunterregelt und dadurch ein Anhalten des Reluktanz-Schrittmotors (1) bewirkt, wobai ein Haltestrom in den Wicklungen des Schrittmotors fließt
2. 2. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Positionsdetektoren (8,9) und der Koinzidenzschaltung (10) gebildete Funktionseinheit aus einem Unterbrecher mit biegsamen KontaktzuFgen besteht, und daß die Markierungsträger (Scheiben 6, 7) magnetische Massen tragen, deren Magnetfei' den Unterbrecher beeinflußt.