DE3238944A1

DE3238944A1 - Stellantrieb

Info

Publication number: DE3238944A1
Application number: DE19823238944
Authority: DE
Inventors: Walter 7257 Ditzingen Denk; Kurt Dipl.-Ing. 7000 Stuttgart Weber
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG
Priority date: 1982-10-21
Filing date: 1982-10-21
Publication date: 1984-04-26
Also published as: FR2535001B1; IT8323305V0; FR2535001A1

Description

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DR.- ING. H. H. VVTlH'ELTM"**-' DIPL.- ING. H. DAUSTER D-7000 STUTTGART 1 · G Y M N A S I U M S TR A S S E 31B · TELEFON (0711) 291133/292857

Anmelder; -3- D 6522

Süddeutsche Kühlerfabrik 82-B-22

Julius Fr. Behr GmbH&Co.KG
Mauserstraße 3

7000 Stuttgart 30 .

Stellantrieb

Die Erfindung betrifft einen Stellantrieb mit einem Antriebsmotor, der über ein Ritzel eine mit einer Verzahnung versehene, in einem Gehäuse axial gehaltene Spindelmutter antreibt, in deren Gewinde eine Gewindespindel geführt ist.

Zum signalgesteuerten Betätigen von Stellgliedern, beispielsweise Luftklappen von Heizungs- oder Klimaanlagen eines Kraftfahrzeuges, ist es bekannt, Antriebsmotoren, insbesondere Gleichstrommotoren, vorzusehen, denen ein mechanisches Getriebe nachgeschaltet ist. Beispielsweise is.t es bekannt, ein Stirnradgetriebe vorzusehen, dessen Abtriebsrad oder Abtriebswelle eine Schwenkbewegung ausführt, die auf das Stellglied übertragen wird. Da ein Stirnradgetriebe keine Selbsthemmung besitzt, müssen besondere Maßnahmen vorgesehen werden, um eine bestimmte Klappenstellung zu gewährleisten, beispielsweise ein dichtes Verschließen in einer Endlage oder das Einhalten einer Zwischenstellung. Es ist deshalb bekannt, den Antriebsmotor in den Endlagen nicht abzuschalten, sondern nur umzupolen und im Kurzschluß zu betreiben. Wenn stetige Stellaufgaben zu erfüllen sind, so ist es ferner bekannt, mit Hilfe einer Ste1lungsrückmeldung, beispielsweise über ein Potentiometer, und einerelektronischen Einrichtung einen Regelkreis zu bilden, der eine vorgegebene Lage auch gegen einwirkende Störkräfte einhält.

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Es ist auch bekannt, Stellantriebe der eingangs genannten Art zu verwenden, die eine Spindelmutter und eine Gewindespindel enthalten, so daß ein selbsthemmendes Getriebe erhalten wird. Für die Einstellung beliebiger Positionen über einen Lage-Regelkreis kann bei einem derartigen Stellantrieb ohne Gefahr einer Instabilität anstelle eines stetigen Reglers ein solcher mit Dreipunkt-Verhalten eingesetzt werden. Aufgrund der Selbsthemmung des Getriebes erübrigt sich eine Lagerückmeldung und ein stetig wirkender Regler für die Einstellung von Zwischenstellungen. Es ist auch bekannt, einen derartigen Stellantrieb mit Schaltwerken zu versehen, welche für jede Stellung ein eindeutiges Signal liefern und auch den Motor direkt dorthin steuern können. Stellantriebe mit derartigen selbsthemmenden Getrieben haben jedoch den Nachteil, daß sie beim Anfahren gegen einen Anschlag, beispielsweise beim Schließen einer Luftklappe, zum Verklemmen neigen, so daß bei der Umkehr der Bewegungsrichtung der Anlauf gefährdet ist, insbesondere wenn sich die verfügbare Motorspannung seit dem Anlaufen gegen den Anschlag verringert hat. Um diesen Nachteil zu vermeiden, sind elektronische Schaltungen bekannt geworden, die bei einem Anfahren gegen einen Anschlag die Stromaufnahme des Motors begrenzen, um auf diese Weise eine ausreichende Reserve für ein sicheres Wiederwegfahren von dem Anschlag zu erhalten. Dadurch werden jedoch der Aufwand und auch die Störanfälligkeit erhöht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stellantrieb der eingangs genannten Art zu schaffen, der die Vorteile eines selbsthemmenden Getriebes ausnutzt, ohne daß die Gefahr besteht, daß durch ein Anlaufen gegen Endanschläge ein Verklemmen auftritt. Diese Aufgabe wird dadur.ch gelöst, daß die Spindelmutter auf beiden Seiten mit jeweils einem in Umfangsrichtung wirksamen Anschlag versehen ist, und daß die Gewindespindel mit ebenfalls in Umfangsrichtung wirksamen Gegenanschlägen versehen ist.

Durch diese Ausbildung werden die Endanschläge in den Bereich zwischen Spindelmutter und Gewindespindel verlegt, so daß bei einem Anfahren gegen die Endanschläge keine Relativbewegung mehr zwischen

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der Spindelmutter und der Gewindespindel auftritt, mithin ein Verklemmen dieser beiden vermieden wird. Durch die Verlagerung der Anschläge von dem Abtriebselement Gewindespindel zu dem vor der Gewindeuntersetzung angeordneten Getriebeelement-Spindelmutter werden auch die abzustützenden Kräfte verringert.

Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Höhe der Anschläge der Spindelmutter in axialer Richtung kleiner als die Steigung des Gewindes der Spindelmutter und der Gewindespindel ist. Zweckmäßig kann es auch sein, wenn die Gegenanschläge der Gewindespindel in axialer Richtung einstellbar an dieser befestigt sind.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, daß wenigstens einer der Gegenanschläge der Gewindespindel in einer axial zur Gewindespindel verlaufenden Nut des Gehäuses geführt ist. Damit läßt sich mit Hilfe des oder der Gegenanschläge eine Verdrehsicherung für die Gewindespindel schaffen. Es ist auch vorteilhaft, wenn die Spindelmutter radial auf der Gewindespindel gelagert ist, die mit einer Schiebeführung in dem Gehäuse gelagert ist. Dadurch erübrigt es sich, die Spindelmutter noch in dem Gehäuse zu lagern. Sie muß lediglich in axialer Richtung gesichert werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Spindelmutter mit wenigstens einem Nocken versehen ist, in dessen Umlaufbahn ein Betätigungselement eines elektrischen Kontaktes angeordnet ist. Mit der Umdrehung der Spindelmutter werden Impulse erzeugt, wodurch eine inkrementelle Stellungsrückmeldung erhalten wird, die einem entsprechend aufgebauten Steuerungssystem das Erkennen der Endlage durch Ausbleiben der Impulsfolge erlaubt und die es weiter ermöglicht, durch Zählen der Impulse in beiden Richtungen das Anfahren einer bestimmten Stellung über einen Start-/Stcf Betrieb des Motors auszuführen. Je höher die Anzahl der Nocken ist, um so genauer können bestimmte Stellungen angefahren werden. Zur sicheren Entprellung ist es vorteilhaft, wenn der elektrische Kon-

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takt als ümschaltkontakt ausgebildet ist. Es ist ohne weiteres möglich, anstelle eines mechanischen Kontaktes einen optischen oder einen induktiven oder einen kapazitiven Impulsgeber vorzusehen, der entsprechend den Umdrehungen der Spindelmutter Impulse abgibt.

Wenn die Gewindespindel des Stellantriebes mit einem Schwenkhebel verbunden wird, so ist es notwendig, das Gehäuse des Stellantriebes verschwenkbar anzuordnen. Um dies zu ermöglichen, wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß das Gehäuse mit zwei aneinander gegenüberliegenden Lagerelementen versehen ist, deren gemeinsame Achse quer durch die Achse der Gewindespindel verläuft. Eine derartige Konstruktion ist baulich einfach zu realisieren und hat den Vorteil, daß die Gewindespindel nicht mit einem Biegemoment belastet wird, da die Schwenkachse durch die Achse der Gewindespindel verläuft.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform und den Unteransprüchen.

Fig. 1 zeigt einen axialen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Stellantrieb,

Fig. 2 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles II der Fig. 1 auf die Spindelmutter und die Gewindespindel des Stellantriebs der Fig. 1 ohne jegliche umgebenden Teile,

Fig. 3· eine teilweise aufgebrochene Ansicht auf den an

einer Wand befestigten Stellantrieb entsprechend > ----- Fig. 1 in Richtung der Achse der Gewindespindel • -" " gesehen und . \ .:.;"::...;:;-,

Fig.. 4 ^: e"ine^ä Teilansicht der Fig.- 3 in Richtung des Pfeiles

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BADORIGffslAL

Der Stellantrieb ist mit einem Gleichstrommotor 17 ausgerüstet, : der an einem Gehäuseteil 8 angeflanscht ist und dessen Welle durch eine Aussparung hindurch in das Innere des aus _m zwei Teilen 8 und 9 gebildeten Gehäuses eindringt. Die Welle ist mit einem Antriebsritzel. 18 versehen, das eine Stirnverzahnung aufweist und mit einer Außenverzahnung 19 einer Spindelmutter 1 in Eingriff steht. In dem Innengewinde der Spindelmutter 1 ist eine Gewindespindel 4 geführt, die mit einem entsprechenden Außengewinde 20 versehen ist. Die Gewindespindel 4 ist in radialer Richtung mittels eines Bundes 21 des Gehäuseteils 8 und mittels eines Bundes 10 des Gehäuseteils 9 gehalten, die zusammen eine Schiebeführung bilden. Der Bund 10 befindet sich an dem Ende eines zur Gewindespindel 4 koaxialen Ansatzes 11 des Gehäuseteils 9. Die beiden Gehäuseteile 8 und 9 besitzen axiale Ringbunde, die zwischen sich die Spindelmutter 1 aufnehmen und in axialer Richtung sichern. Wenn der Gleichstrommotor 17 eingeschaltet wird, so wird die in radialer Richtung nur auf der Gewindespindel 4 gelagerte Spindelmutter 1 angetrieben, die ihrerseits dann die Gewindespindel 4 zu einer linearen Bewegung antreibt. Das in der ein- ' gefahrenen Stellung (Fig. 1) aus dem Ansatz 11 hinaus ragende Spindelende ist mit einer Befestigungsbohrung 22 oder einem ahnIi dien Befestigungselement versehen, an welchem ein Stellglied, insbesondere eine Luftklappe einer Heizun-gs- oder Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug direkt oder über ein Zwischenglied angelenkt ist.

Um die lineare Bewegung der Gewindespindel 4 zu begrenzen, sind an den beiden Stirnseiten der Spindelmutter 1 nur in Umfangsrichtung wirksame Anschläge 2 und 3 vorgesehen, denen an der Gewindespindel 4 angebrachte Gegenanschläge 5 und 6 zugeordnet sind. Der Gegenanschlag 6 ist dabei in einer Axialnut 7 des Ansatzes 11 geführt, so daß er gleichzeitig eine Verdrehsicherung für die Gewindespindel 4 darstellt. Die Anschläge 2 und 3 und die Gegenanschläge 5 und 6 sind mit radial zur gemeinsamen Achse der Spindelmutter 1 und der Gewindespindel 4 gerichteten Anschlagflächen versehen, so daß nur Kräfte in Umfangsrichtung auftreten. Die Steigung des Außengewindes 20 der Gewindespindel und des Innengewindes 1 der Spindelmutter ist mit der Höhe der Anschläge 2 und 3 in axialer Richtung so abgestimmt, daß

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die axiale Höhe der Anschläge 2 und 3 kleiner als die Gewindesteigung ist. In der Praxis kann es sinnvoll sein, wenn die Gegenanschläge 5 und 6 und insbesondere der Gegenanschlag 5, der die Ausfahrbewegung der Gewindespindel 4 begrenzt, in axialer Richtung einstellbar an der Gewindespindel 4 angebracht sind.

Durch die Anordnung der Anschläge 2 und 3 und der Gegenanschläge 5 und 6 wird sichergestellt, daß ein Verkeilen oder ein Verklemmen zwischen der Spindelmutter 1 und der Gewindespindel 4 verhindert wird. Dadurch wird erreicht, daß der Stellantrieb ohne Schwierigkeiten jeweils aus der Endstellung wieder zurücklaufen kann.

Der Stellantrieb kann durch Abschalten des Gleichstrommotors 17 in jeder beliebigen Zwischenstellung angehalten werden. Da zwischen der Spindelmutter 1 und der Gewindespindel 4 eine Selbsthemmung gegeben ist, hält dieser Stellantrieb die angefahrene Zwischenstellung, ohne daß hierzu eine Regeleinrichtung erforderlich wäre. Um Informationen über die jeweilige Position der Gewindespindel zu haben, wird eine inkrementelle Stellungsrückmeldung vorgesehen. Hierzu ist die Spindelmutter an einer Stirnseite mit einem Nockenbund versehen, der bei der dargestellten Ausführungsform beispielsweise aus vier Nocken 12 besteht. In der Umlaufbahn des Nockenbundes liegt das Betätigungselement 13 eines elektrischen Kontaktes 14, der zu sicheren Entprellung als Umschaltkontakt ausgebildet ist. Durch die Nocken 12 des Nockenbundes werden während einer Umdrehung mehrere Impulse er-zeugt. Durch diese inkrementelle Stellungsrückmeldung ist es möglich, mit einem geeignet aufgebauten Steuerungssystem die Endlage der Spindel zu erkennen, da dann die erwartete Impulsfolge ausbleibt. Danach ist es möglich, durch Zählen der Impulse des elektrischen Kontaktes ausgehend von der Endlage eine bestimmte Stellung im Start-Stop-Betrieb des'Gleichstrommotors exakt anzufahren. Der elektrische Kontakt 14 ist mit einer Steckverbindung 23 versehen, die zweckmäßigerweise einen gemeinsamen Steckverbinder mit den Anschlüssen für den Gleichstrommotor 17 bildet. Anstelle eines mechanischen Kontaktes, wie er bei dem Ausführungsbeispiel vorgesehen ist, kann zur Erzielung der gleichen

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Punktion ein optischer oder ein induktiver oder ein kapazitiver Impulsgeber eingebaut werden.

Wenn der Stellantrieb an einen Schwenkhebel angeschlossen wird, so ist eine verschwenkbare Lagerung der Gewindespindel 4 und damit des gesamten Stellantriebes notwendig. Eine derartige schwenkbare Anordnung ist in Fig. 3 und 4 dargestellt. Diese schwenkbare Anordnung hat den Vorteil, daß die Schwenkachse 24 quer durch die Achse der Gewindespindel 4 verläuft, so daß keine Biegemomehte auf die Gewindespindel 4 einwirken. Das aus den Gehäuseteilen 8 und 9 gebildete Gehäuse ist mit einander gegenüberliegenden Vertiefungen 15 und 16 versehen, die Lager für Zapfen 25 und 26 bilden. Um eine Geräuschdämpfung zu erhalten, können in die Vertiefungen 15 und 16 ring- oder scheibenförmige Guranikörper 27 eingelegt sein. Der Zapfen 26 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel an eine Gehäusewand 28 angespritzt. Die Gehäusewand 28 ist ferner mit einer Befestigungssäule 29 versehen, die mit Hilfe von Rippen 30 ausgesteift ist. An dieser Befestigungssäule 29 wird mit Hilfe einer Befestigungsschraube 31 eine Lasche 32 angebracht, die mit dem Zapfen 25 versehen ist. Wie insbesondere aus Fig. 4 zu sehen ist, besitzt die Lasche 32 im Bereich der Rippen 30 Schlitze 33, denen entsprechende Vorsprünge der Rippen 30 zugeordnet sind, so daß eine formschlüssige Verbindung zwischen der Lasche 32 und der Befestigungssäule 29 herstellbar ist.

Es ist auch möglich, einen einteiligen, U-förmigen Halter vorzusehen, dessen Schenkel mit den Zapfen 25 und 26 versehen sind und die durch elastisches Aufbiegen in die Vertiefungen 15 und 16 einbringbar sind. Der Halter kann dann als Ganzes an einem Gehäuse befestigt werden. Anstelle von Vertiefungen 15 und 16 in den Gehäuseteilen 8 und 9 und Zapfen 25 und 26 einer Halterung kann auch eine umgekehrte Anordnung gewählt werden, bei welcher dann das Gehäuse 8, 9 mit Zapfen versehen wird, denen Vertiefungen eine Halterung zugeordnet sind.

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Claims

Patent- und Schutzansprüche

Stellantrieb mit einem Antriebsmotor, der über ein*Ritzel eiie mit einer Verzahnung versehene, in einem Gehäuse axial gehaltene Spindelmutter antreibt, in deren Gewinde eine Gewindespindel geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindelmutter (1) auf beiden Stirnseiten mit jeweils einem in ümfangsrichtung wirksamen Anschlag (2, 3) versehen ist, und daß die.Gewindespindel (4) mit ebenfalls in Umfangsrichtung wirksamen Gegenanschlägen (5, 6) versehen ist.
2. Stellantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Anschläge (2, 3) der Spindelmutter (1) in axialer Richtung kleiner als die Steigung des Gewindes der Spindelmutter (1) und der Gewindespindel (4) ist.
3. Stellantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Gegenanschläge (5, 6) der Gewindespindel (4) in einer axial zur Gewindespindel (4) verlaufenden Nut (7) des Gehäuses (8, 9) geführt ist.
4. Stellantrieb nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindelmutter (1) radial auf der Gewindespindel (4) gelagert ist, die mit einer Schiebe-

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führung (10) in dem Gehäuse (9) gelagert ist.
5. Stellantrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (8, 9) ausgehend von einem mittleren, die Spindelmutter (1) umhüllenden Bereich mit wenigstens einem zur Gewindespindel (4) koaxialen Ansatz (11) versehen ist, welcher als Schiebeführung (10) für die Gewindespindel (4) ausgebildet ist.
6. Stellantrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der in dem Ansatz (11) geführten Gewindespindel (4) nicht mit Gewinde versehen ist.
7. Stellantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindelmutter (1) mit wenigstens einem Nocken (12) versehen ist, in dessen Umlaufbahn ein Betätigungselement (13) eines elektrischen Kontaktes (14) angeordnet ist.
8. Stellantrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Kontakt (14) als Umschaltkontakt ausgebildet ist.
9. Stellantrieb nach einem der Ansprü-che 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (8, 9) mit zwei einander gegenüberliegenden Lagerelementen (15, 16) versehen ist, deren gemeinsame Achse quer durch^die Achse der Gewindespindel (4) verläuft.
10. Stellantrieb nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerelemente als von dem Gehäuse (8, 9) abragende Zapfen ausgebildet sind.
11. Stellantrieb nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Lagerelemente Vertiefungen (15, 16) in dem Gehäuse (8, 9) vorgesehen sind.

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