DE2717468A1

DE2717468A1 - Stellmotor

Info

Publication number: DE2717468A1
Application number: DE19772717468
Authority: DE
Inventors: Jens Nicolai Andresen
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1977-04-20
Filing date: 1977-04-20
Publication date: 1978-10-26
Also published as: JPS5653641B2; DE2717468C3; US4210030A; DK142924C; JPS53131368A; FR2388150B1; DK142924B; DE2717468B2; GB1593039A; FR2388150A1; DK157078A

Description

DR.-ING. ULRICH KNOBLAUCH PATENTANWALT β frankfurt/main ι, den \ ο /jpp KÜHHORNSHOFWEG 10 "" POSTSCHECK-KONTO FRANKFURT/M. 3425-605 V In DRESDNER BANK, FRANKFURT/M. 23O03O8 TELEFON: 56 10 78 K/C

/. TELEGRAMM: KNOPAT

DA 444

DANFOSS A/S, Nordborg (Dänemark)

Stellmotor

Die Erfindung bezieht sich auf einen Stellmotor mit zwei teleskopartig zueinander verschiebbaren Notorteilen, von denen das erste Notorteil stationär ist und das nur durch die Teleskopführung am ersten Motorteil gelagerte zweite Motorteil ein Ausgangsglied zum Antrieb eines Elements verstellt, insbesondere Wärmemotor mit beheizbarem Dehnstoff und Rückstellfeder.

Es ist ein Wärmemotor bekannt, bei dem der in einer Kammer angeordnete Dehnstoff mittels eines elektrischen Heizwiderstandes beheizbar ist und bei seiner Ausdehnung einen Kolben geradlinig verschiebt. Hierbei wird eine Rückstellfeder zusammengedrückt, die den Kolben bei einer Abkühlung des Dehnstoffes wieder in die Kammer zurückschiebt. Das freie Ende des Kolbens verstellt einen geradlinig verschiebbaren Ventilschaft .

Es ist auch schon der Vorschlag gemacht worden, als Ausgangsglied eines solchen Stellmotors eine drehbare Ausgangswelle zu verwenden, um Stellgliedern, z. B. einer LUftungs- oder Drosselklappe in Klimaanlagen, einen Schwenkantrieb zu geben. Zu diesem Zweck ist die Ausgangswelle mit einer Trommel versehen, auf die ein erstes mit dem zweiten Motorteil verbundenes Zugmittel und ein zweites von der Rückstellfeder belastetes

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Zugmittel auf- und abwickelbar sind. Durch das Zugmittel wird der Stellmotor nur axial belastet. Der Beanspruchung der Zugmittel und Ihrer Lebensdauer sind jedoch Grenzen gesetzt.

Es gibt zahlreiche Möglichkeiten, die Axialbewegung eines Stellmotors In eine Drehbewegung umzusetzen, beispielsweise durch einen Kurbeltrieb oder einen Zahnstangentrieb. In diesen Fällen treten jedoch Querkräfte auf, welche die teleskopartige Führung der beiden Hotortelle, die häufig nur aus einer Dichtung besteht, nach kurzer Zeit zerstört. Dies kann nur durch ein Querkräfte aufnehmendes zusätzliches Lager für das freie Ende des zweiten Hotorteils verhindert werden.

Bei Scheibenwischerantrieben ist es bekannt, eine von einer Kurbel angetriebene Schubstange Über einen Kreuzlenker mit der Drehwelle des Scheibenwischerblattes zu verbinden. Dieser Kreuzlenker besitzt zwei gleich lange Koppelglieder, die einerseits an zwei gleich langen, um etwa 180° gegeneinander versetzten, an der Drehwelle befestigten Hebelarmen angelenkt und andererseits an Drehgelenken gehalten sind, die an der Schubstange mit Abstand voneinander angeordnet sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stellmotor der eingangs beschriebenen Art als Schwenkantrieb auszubilden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Ausgangsglied eine um einen begrenzten Winkel drehbare Ausgangswelle ist und daß das zweite Motorteil mit der Welle über einen Kreuzlenker verbunden ist, bei dem zwei gleich lange Koppelglieder einerseits an zwei gleich langen, um einen Winkel gegeneinander versetzten, an der Ausgangswelle befestigten Hebelarmen angelenkt und andererseits an Drehgelenken gehalten sind, die mit dem zweiten Motorteil beweglich und in dessen Bewegungsrichtung gegeneinander versetzt sind.

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Io

Bei dieser Konstruktion setzt der Kreuzlenker die Axialbewegung des zweiten Motorteils in eine weitgehend proportionale Drehbewegung der Ausgangswelle um. Der Kreuzlenker hat darüber hinaus den Vorteil, daß er innerhalb eines beschränkten Drehwinkelbereichs eine äußerst genaue Geradführung des zweiten Motorteils bewirkt. Infolgedessen sind, zumindest bei ausreichend langen Koppelgliedern, die an der Teleskopführung auftretenden Querkräfte so gering, daß keine Abnutzungsschäden zu befürchten sind. Auch bei großen Stellkräften ist daher kein zusätzliches Lager für das freie Ende des zweiten Motorteils erforderlich. Insgesamt ergibt sich daher eine sehr einfache Konstruktion mit hoher Lebenserwartung, die auch für größere Stellkräfte geeignet ist.

Wenn die Baugröße klein gehalten werden soll, müssen die Koppelglieder kurz und der Abstand der Drehgelenke voneinander klein sein. In diesem Fall wird von den an den Drehgelenken auftretenden Kräften ein nicht mehr vernachlässigbares Drehmoment erzeugt. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann dieses Drehmoment durch ein Gegenmoment kompensiert werden, das dadurch entsteht, wenn die Mittelachse der Motorteile zwischen der Verbindungslinie der Drehgelenke und der Ausgangswelle verläuft. Die genaue Lage der Mittelachse wird so festgelegt, daß das verbleibende Drehmoment Null ist bzw. über den gesamten Stellweg ein Minimum hat. Empfehlenswert ist es, daß die Mittelachse der Motorteile nahe dem Bewegungskreis der Hebelarme verläuft.

Vorzugsweise beträgt der Winkel zwischen den Hebelarmen annähernd 90°. Dieser verhältnismäßig kleine Winkel erlaubt eine Schwenkbewegung von etwa 90° mit minimalen Abweichungen von der Geradführung und erlaubt es ferner, das an den Drehgelenken auftretende Drehmoment verhältnismäßig klein zu halten.

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Konstruktiv ergibt sich eine sehr einfache Lösung durch ein Übertragungselement mit einer Fassung, welche das zweite Motorteil aufnimmt, und einem hierzu seitlich versetzten Druckfinger, welcher die beiden Drehgelenke trägt. In eine solche Fassung kann beispielsweise das als zweites Motorteil dienende Gehäuse eines üblichen Wärmemotors eingesetzt werden. Gleichzeitig ist die Versetzung der Drehgelenke gegenüber der Motarachse festgelegt.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das übertragungselement von der Rückstellfeder belastet, das zweite Motorteil ist kraftschlüssig in der Fassung gehalten und das erste Motorteil liegt kraftschlüssig an einem stationären Widerlager an. Diese kraftschlüssigen Verbindungen sind möglich, einerseits weil die Rückstellfeder in jeder Betriebestellung die erforderlichen Kräfte ausübt und andererseits weil keine störenden Querkräfte vorhanden sind, welche über die kraftschlüssigen Verbindungsstellen geleitet werden müßten.

Das Übertragungselement besteht zweckmäßigerweise aus zwei mit Abstand voneinander angeordneten Flächenteilen, zwischen denen die Koppelglieder gelagert sind. Die beiden Flächenteile geben erstens eine gute Lagerung für das zweite Motorteil und bilden zweitens eine seitliche Begrenzung für die Lagerung der Koppelglieder.

Die Hebelarme können je aus zwei im Abstand voneinander angeordneten Lagerblöcken bestehen, zwischen denen die Koppelglieder gelagert sind, wobei das eine Koppelglied aus zwei zu beiden Seiten des anderen Koppelgliedes angeordneten Gelenkarmen besteht. Dies ergibt eine sehr stabile und symmetrische Anordnung des Kreuzlenkers.

Hierbei können beide Koppelglieder aus je zwei Gelenkarmen bestehen, die einseitig verdickte Gelenkaugen aufweisen und alle einander gleich sind. Zwei verdickte Gelenkaugen ent-

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sprechen daher dem Abstand zwischen den beiden Flächenteilen des Ubertragungselements. Die Gelenkaugenverdickung ist etwas größer als die Dicke jedes Gelenkarmes. Die gleiche Auebildung der Gelenkarme erleichtert eine rationelle Produktion.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können die Gelenke des jeweils einen Koppelgliedes in der Bewegungsebene des jeweils anderen Koppelgliedes liegen und beide Koppelglieder können bogenförmig sein. Dies ergibt eine gedrungene Bauform, bei der trotzdem sichergestellt ist, daß das eine Koppelglied nicht mit den Gelenken des anderen Koppelgliedes kollidiert.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine AusfUhrungsform eines erfindungsgemäßen Stellmotors,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie A-A der Fig. 1 und Fig. 3 einen Teilschnitt längs der Linie B-B der Fig. 1.

Ein Gehäuse besteht aus einem Unterteil 1 und einem mit Schrauben 2 daran befestigten Oberteil 3. Das Unterteil besitzt eine abnehmbare Seitenwand 4, die als elektrische Anschlußplatte ausgebildet und mit einer Durchführung 5 versehen ist. Im Unterteil 1 ist eine Ausgangswelle 6 gelagert, die außerhalb des Gehäuses zwei Enden 61 und 62 aufweist, welche zum Anschluß eines Stellgliedes, z. B. einer Drosselklappe in einem Luftzufuhrkanal, eines schwenkbaren Scheinwerfers o. dgl. bzw. eines Stellungsanzeigers dienen.

Ein Wärmemotor 7 weist als ersten Motorteil 8 einen Kolben und als zweiten Motorteil 9 ein Gehäuse auf. Dieses Gehäuse ist mit einem Deckel 10 verschlossen, welcher eine Dichtung

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festhält. Der Innenraum 12 ist mit einem Dehnstoff gefüllt, welcher mit einem elektrischen Heizwiderstand 13 beheizt werden kann. Die Dichtung 11 bildet die Teleskopführung zwischen den beiden Motorteilen 8 und 9. Der Widerstand 13 wird über Anschlußleitungen 15 in Abhängigkeit von den betrieblichen Forderungen mit Strom versorgt.

Der Kolben 8 ist mit einer Haube 16 versehen, die mit ihrer Stirnfläche gegen ein stationäres Widerlager 17 anliegt. Dieses Widerlager vermag geringfügig auszuweichen und dadurch den Heizstrom abzuschalten, wenn übermäßig große Kräfte auftreten. Dieses Widerlager ist an einer ortsfesten Platte 18 montiert, die mittels Stehbolzen 19 in einer bestimmten Höhe oberhalb des Unterteils 1 gehalten wird.

Ein Übertragungselement 21 besteht aus zwei Flächenteilen 22 und 23. Diese weisen eine Fassung 24 zur kraftschlUssigen Aufnahme des zweiten Hotorteils 9 auf. Am oberen Ende ist eine Federstutzplatte 25 vorgesehen, die zwei Aussparungen 26 aufweist, in denen Kunststoffbuchsen 20 gehalten sind, mit denen sie auf den Stehbolzen 19 zu gleiten vermag. An dieser Platte stutzt sich eine Rückstellfeder 27 ab, deren anderes Ende auf einer Stützfläche 28 des Unterteils 1 gehalten ist. Die Federstutzplatte weist zwei Laschen 29 auf, die nach innen vorstehen. Zu beiden Seiten Jeder Lasche ragen Endabschnitte der Flächenteile 22 und 23 nach oben. Diese Endabschnitte sind durch Querstifte 30 miteinander verbunden, so daß die Rückstellfeder 27 das übertragungselement 21 nach oben drückt, wodurch eine Stufe 31 der Fassung 24 kraftschlüssig gegen das zweite Motorteil 9 und das erste Motorteil 8 kraftschlüssig gegen die Haube 16 und diese gegen das Widerlager 17 gedrückt werden.

Das übertragungselement weist einen seitlich gegenüber der Mittelachse M des Wärmemotors 7 versetzten Druckfinger 32 auf. An ihm sind zwei Drehgelenke 33 und 33* in axialem Ab-

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stand übereinander ausgebildet. Die Welle 6 ist mit einer Hülse 34 versehen, welche zwei gleich lange Hebelarme 35 und 36 aufweist, die um 90° gegeneinander versetzt sind und je ebenfalls ein Drehgelenk 37 bzw. 38 tragen. Zwischen den Drehgelenken 34 und 37 erstreckt sich ein erstes Koppelglied 39, zwischen den Drehgelenken 33 und 38 ein zweites, gleich langes Koppelglied 40. Beide Koppelglieder sind derart gebogen, daß sie nicht mit dem Drehgelenk 37 bzw. 38 für das jeweils andere Koppelglied kollidieren. Die Drehgelenke 33 und 33' am Druckfinger 32 sind gegenüber dsr Mittelachse M des Wärmemotors 7 versetzt. Ferner verläuft diese Mittellinie M etwas außerhalb des Bewegungskreises der Drehgelenke 37 und 38. Sie schneidet dort den Angriffspunkt des imaginären Momentarms, der sich aus den über die Koppelglieder übertragbaren Momenten berechnen läßt. Durch gehäusefeste Anschläge 41 und 42 ist der Drehwinkel der Welle 6 auf etwa 90° beschränkt.

Wie sich aus Fig. 3 ergibt, besteht der Hebelarm 36 aus zwei Lagerblöcken 36' und 36"; dasselbe gilt für den Hebelarm 35. Die Koppelglieder 39 und 40 bestehen aus je zwei Gelenkarmen 39', 39" bzw. 40·, 40", die sich zwischen den Flächenteilen 22 und 23 des Übertragungselemente 21 befinden. Alle Gelenkarme besitzen verdickte Gelenkaugen 43, die bei den Gelenkarmen des Kopplungsgliedes 39 nach innen und bei den Gelenkarmen des Kopplungsgliedes 40 nach außen weisen, so daß die Gelenkarme der Kopplungsglieder symmetrisch angeordnet sind, nämlich die Gelenkarme 39* und 39" zwischen den Flächenteilen 22 und 23 und den Gelenkarmen 40* und 40". Alle Gelenkarme sind einander gleich ausgebildet. Der Druckfinger 32, die Koppelglieder 39 und 40 sowie die Hebelarme 35 und 36 bilden einen Kreuzlenker 44, der die Axialbewegung des zweiten Motorteils 9 in eine Drehbewegung der Ausgangswelle 6 umsetzt.

In der unbeheizten Ruhestellung hat die Anordnung die in Fig. 1 veranschaulichte Lage. Durch Beheizen des Dehnstoffs 12 verschiebt sich das zweite Motorteil 9 nach unten und verdreht mit Hilfe

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des Kreuzlenkers 44 die Ausgangswelle 6. Umgekehrt wird der Druckfinger 32 und damit das Übertragungselement 21 und das zweite Motorteil 9 durch den Kreuzlenker 44 im wesentlichen geradlinig geführt, so daß keine Übermäßigen Belastungen der Teleskopführung, dargestellt durch die Dichtungen 11 und 14, zu befürchten ist. Das wegen der verhältnismäßig kurzen Koppelglieder 39 und 40 durch Kraft zerlegung an den Drehgelenken und 33* erzeugte, begrenzte Drehmoment, wird durch ein infolge Versetzung der Drehgelenke 33 und 33' gegenüber der Mittelachse M erzeugtes Drehmoment kompensiert, so daß die verbleibende Momentbelastung Null ist oder zumindest vernachlässigbar ist. Bei Fortfall der Heizwirkung und entsprechender Abkühlung des Dehnstoffs kehrt das zweite Motorteil 9 unter dem Einfluß der Rückstellfeder 27 in die Ruhelage zurück. Beliebige Zwischenstellungen können durch intermittierendes Einschalten des Heizwiderstandes 13 aufrechterhalten werden.

Bei einer Ausführungsform, bei der der radiale Abstand der Drehgelenke 34 und 37 von der Drehachse der Ausgangswelle 14 mm, der Abstand der Drehgelenke 33 und 33' voneinander 37,7 mm und der Abstand ihrer Verbindungsgeraden von der Drehachse 24 mm betrug, erstreckte sich die Mittelachse M 14,8 mm neben der Drehachse.

Das Erfindungsprinzip läßt sich auch auf andere Stellmotoren, z. B. mit Druckluft oder Druckflüssigkeit betriebene Stellmotoren anwenden, bei denen darauf geachtet werden muß, daß die Teleskopführung keinen Querkräften ausgesetzt ist. Der Druck kann in Antriebs- und in RUckstellrichtung wirken; besonders empfehlenswert ist jedoch die Anordnung für Stellmotoren, bei denen eine steuerbare Kraft nur in einer Richtung aufbringbar ist.

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Claims

Patentansprüche

.J Stellmotor mit zwei teleskopartig zueinander verschiebbaren Motorteilen, von denen das erste Motorteil stationär ist und das nur durch die Teleskopführung am ersten Motorteil gelagerte zweite Motorteil ein Ausgangsglied zum Antrieb eines Elements verstellt, insbesondere Wärmemotor mit beheizbarem Dehnstoff und Rückstellfeder, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsglied eine um einen begrenzten Winkel drehbare Ausgangswelle (6) ist und daß das zweite Motorteil (9) mit der Welle über einen Kreuzlenker (44) verbunden ist, bei dem zwei gleich lange Koppelglieder (39, 40) einerseits an zwei gleich langen, um einen Winkel gegeneinander versetzten, an der Ausgangswelle befestigten Hebelarmen (35, 36) angelenkt und andererseits an Drehgelenken (33, 33') gehalten sind, die mit dem zweiten Motorteil beweglich und in dessen Bewegungsrichtung gegeneinander versetzt sind.
2. Stellmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelachse (M) der Motorteile (8, 9) zwischen der Verbindungslinie der Drehgelenke (33, 33') und der Ausgangswelle (6) verläuft.
3. Stellmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelachse (M) der Motorteile (8, 9) nahe dem Bewegungskreis der Hebelarme (35, 36) verläuft.
4. Stellmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel zwischen den Hebelarmen (35, 36) annähernd 90° beträgt.

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ORIGINAL INSPECTED
5. Stellmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch ein Übertragungselement (21) mit einer Fassung (24), welche das zweite Motorteil (9) aufnimmt, und einem hierzu seitlich versetzten Druckfinger (32), welcher die beiden Drehgelenke (33, 33') trägt.
6. Stellmotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungselement (21) von der Rückstellfeder (27) belastet ist, das zweite Motorteil (9) kraftschlüssig in der Fassung (24) gehalten ist und das erste Motorteil (8) kraftschlüssig an einem stationären Widerlager (17) anliegt.
7. Stellmotor nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungselement (21) aus zwei mit Abstand voneinander angeordneten Flächenteilen (22, 23) besteht, zwischen denen die Koppelglieder (39, 40) gelagert sind.
8. Stellmotor nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hebelarme (33, 36) je aus zwei im Abstand voneinander angeordneten Lagerblöcken (36·, 36") bestehen, zwischen denen die Koppelglieder (39, 40) gelagert sind, wobei das eine Koppelglied (39) aus zwei zu beiden Seiten des anderen Koppelgliedes (40) angeordneten Gelenkarmen (39¹, 39") besteht.
9. Stellmotor nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß beide Koppelglieder (39, 40) aus je zwei Gelenkarmen (39¹, 39", 40», 40") bestehen, die einseitig verdickte Gelenkaugen (43) aufweisen und alle einander gleich sind.

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10. Stellmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenke (z. B. 34, 37) des jeweils einen Koppelgliedes (z. B. 39) in der Bewegungsebene des jeweils anderen Koppelgliedes (z. B. 40) liegen und beide Koppelglieder bogenförmig sind.

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