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"Hubantrieb mit Elektromotor"
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Die Erfindung betrifft einen Hubantrieb mit Elektromotor, insbesondere
Schrittmotor. Ein derartiger Hubantrieb wird in Ventilsteuerungen zur Klappenverstellung
sowie in Druckwerken verwendet.
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Da bei so-lchen Einrichtungen nur wenig Raum für den Hubantrieb vorhanden
ist, muß dieser trotz der zu erbringenden Leistung nur geringe Abmessungen haben
und eine leicht anbaubare Einheit darstellen. Ferner sollen die Hübe des Hubantriebes
in beiden Richtungen nicht abrupt enden, sondern aus der Bewegung in den Stillstand
übergehen, ohne daß ein Festklemmen in den Endlagen erfolgt.
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Der diese Anforderungen erfüllende Hubantrieb mit Elektromotor umfaßt
gemäß der Erfindung einen in einem Gehäuse untergebrachten, reversierbaren, gegen
Axialverschiebung des Läufers g-esicherten Elektromotor mit auf dessen axial vorstehendem
Wellenstumpf drehfest aufgesetzter Spindel, einen im Gehäuse angeordneten und längsverschiebbar,
jedoch drehfest geführten Kolben, der mit einer mit der Welle fluchtenden Gewindebohrung
versehen und auf die Spindel aufgeschraubt ist und an seinem aus dem Gehäuse heraus-
ragenden
Ende ein Druckstück trägt, sowie zwei die Hubbewegung des Kolbens in beiden Richtungen
begrenzende, je zwischen dem Kolben einerseits und der Spindel bzw. dem Gehäuse
andererseits angeordnete elastische Anschläge.
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Alle Teile des erfindungsgemäßen Hubantriebes sind von einem Gehäuse
umgeben. Der Hubantrieb bildet somit eine leicht montierbare Einheit. Die Bewegungen
des Hubkolbens werden in beiden Richtungen durch Anschläge begrenzt, ohne daß in
den Endlagen ein Festklemmen erfolgt.
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Vorzugsweise ist das dem Wellenstumpf benachbarte Ende des Gehäuses
ein radial einwärts abgesetzter Kreiszylinder zur Aufnahme der Spindel und zur Führung
des Kolbens, der koaxial zum Wellenstumpf angeordnet ist.
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Der Anschlag kann bei einer Ausführungsform des Hubantriebes ein in
das mit einem radial einwärts gerichteten Flansch versehene freie Ende des Gehäuses
bzw. des abgesetzten Endes desselben eingelegter Ring aus einem weichelastischen
Werkstoff sein. Der in der anderen Hubrichtung wirkende elastische Anschlag kann
bei diesem Ausführungsbeispiel ein in das geschlossene Ende des radial einwärts
abgesetzten, hohl ausgebildeten, dem Druckstück benachbarten Teil des Kolben eingelegter
Pufferkörper aus einem weichelastischen Werkstoff sein. Auf diese Weise sind die
Hubbewegungen in beiden Richtungen durch elastische Anschläge begrenzt. Der Pufferkörper
kann durch eine flache Scheibe aus weichelastischem Werkstoff gebildet sein.
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Alternativ ist es jedoch auch möglich, daß der Pufferkörper ein O-Ring
ist.
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Bei einem anderen Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Hubantriebes
ist der elastische Anschlag ein das freie Ende des radial einwärts abgesetzten,
hohl ausgebildeten, dem Druckstück benachbarten Teiles umgebender, auf einem von
diesem einstückig radial vorstehenden Flansch aufliegender Ring aus einem weichelastischen
Werkstoff.
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Bei diesem anderen Ausführungsbeispiel kann der elastische Anschlag
alternativ ein zwischen der dem Elektromotor zugewandten Stirnfläche des Kolbens
und der dem Kolben zugewandten Stirnfläche des Elektromotors befindlicher Pufferkörper
aus einem weichelastischen Werkstoff sein. Der Pufferkörper ist bei diesem Ausführungsbeispiel
durch eine ringförmige flache Scheibe gebildet. Auch hier kann als Pufferkörper
ein O-Ring verwendet werden. O-Ringe sind in diesem Fall besonders vorteilhaft,
weil sie eine progressive Federkennlinie haben.
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Dadurch, daß der Pufferkörper an einer der beiden angrenzenden Stirnflächen
befestigt, vorzugsweise angeklebt ist, wird der Zusammenbau der Einzelteile des
Hubantriebes vereinfacht. Die drehfeste Anordnung des im Gehäuse bzw. seinem radial
abgesetzten Teil verschiebbaren Kolbens kann durch einen Längsschlitz in seinem
Umfang und einen in diesen eingreifenden Stift gebildet sein, der vom Gehäuse bzw.
seinem abgesetzten Teil einwärts vorsteht.
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Es ist nicht erforderlich, daß der Kolben einen kreiszylindrischen
Umfang hat. Alternativ kann dieser jede andere, nicht rotationssymmetrische Form
haben.
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Er kann beispielsweise quadratisch, rechteckig oder polygonal in seinem
Querschnitt ausgebildet sein.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Hubantriebes
dargestellt.
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In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch den erfindungsgemäßen
Hubantrieb mit Elektromotor; Fig. 2 einen Teillängsschnitt durch den abgesetzten
Teil des Gehäuses einer anderen Ausführungsform des Hubantriebes in einem größeren
Maßstab und Fig. 3 einen Teilschnitt durch den abgesetzten Teil des Gehäuses einer
weiteren Ausführungsform des Hubantriebes, ebenfalls in einem größeren Maßstab.
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Der als Ganzes mit 1 bezeichnete Hubantrieb umfaßt ein Gehäuse, das
aus einem kreiszylindrischen Teil 3 mit einem ebenfalls kreiszylindrischen, einwärts
abgesetzten Teil 5 und einem Verschlußstück 4 besteht. Der Teil 3 des Gehäuses nimmt
einen Elektromotor, vorzugsweise einen Schrittmotor 2 auf. Der Schrittmotor 2 hat
einen gegen Axialverschiebung gesicherten Läufer. Als Sicherung gegen Axialverschiebung
des Läufers können entsprechende Lager dienen.
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Eine Sicherung gegen Axialverschiebung ist auf jeden Fall erforderlich,
da der Hubantrieb sonst nicht ruckfrei funktioniert. Der kreiszylindrische, einwärts
abgesetzte Teil 5 des Gehäuses ist an seinem
freien Ende mit einem
einwärts gerichteten Flansch 11 versehen.
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Auf den aus dem Schrittmotor 2 herausragenden Wellenstumpf 6 ist eine
Spindel 7 drehfest aufgesetzt. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel
ist die Spindel 7 fest auf den Wellenstumpf 6 aufgesetzt.
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Der kreiszylindrische, einwärts abgesetzte Teil 5 des Gehäuses lagert
einen Kolben 8 hin- und herbewegbar, dessen aus dem Teil 5 herausragendes Ende 10
so abgesetzt ist, daß es durch den Flansch 11 geführt wird. Das freie Ende des Teiles
10 des Kolbens 8 bildet ein Druckstück 14.
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Der Kolben 10, 8 ist so hohl ausgebildet, daß das dem Motor 2 benachbarte
Ende ein Innengewinde aufweist, das mit der Spindel 7 kämmen kann. Der sich an das
Innengewinde anschließende hohle Bereich 9 des Kolbens hat eine solche lichte Weite,
daß sich die Spindel 7 mit ausreichendem Radialspiel frei in den hohlen Kolben hineinbewegen
kann.
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Zwischen dem radial einwärts gerichteten Flansch 11 des Teiles 5 des
Gehäuses 3 und dem radialen Absatz des Kolbens 8 ist ein elastischer Anschlag 12,
der durch einen Ring aus weichelastischem Werkstoff gebildet ist, eingefügt. Dieser
elastische Anschlag 12 begrenzt die Hubbewegung des Kolbens vom Motor 2 weg.
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Auf den Boden des hohlen Bereiches 9 des Kolbens 8 ist ein anderer
elastischer Anschlag 13 aufgelegt, der durch einen Pufferkörper aus einem weichelastischen
Werkstoff gebildet ist. Der Abstand von der freien Oberfläche des Pufferkörpers
13 zur Stirn-
fläche der Spindel 7 ist so gewählt, daß die Stirnfläche
der Spindel 7 auf den Pufferkörper 13 auftrifft und die axiale Einwärtsbewegung
des Kolbens begrenzt wird, bevor dieser in einem geringen Abstand vor der Stirnfläche
des Motors zum Stillstand kommt.
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Um ein Umlaufen des Kolbens 8 mit der Spindel 7 zu verhindern, weist
der Kolben 8 von seiner Mantelfläche ausgehend eine Längsnut 15 auf. In diese erstreckt
sich vom einwärts abgesetzten Gehäuseteil 5 ausgehend ein Stift 16 hinein. Die Lage
des Stiftes ist dabei so gewählt, daß bei auswärts, in der Zeichnung abwärts bewegtem
Kolben 8 noch ausreichend Spiel zwischen dem Stift 16 und dem Ende der Längsnut
15 vorhanden ist.
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Fig. 2 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Hubantriebes, bei dem sich die Ausbildung des Kolbens von der in Fig. 1 dargestellten
unterscheidet. Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel schlägt der Pufferkörper
13 gegen die Stirnfläche der Spindel 7 zur Beendigung der Einwärtsbewegung des Kolbens
an. Bei dem in Fig. 2 veranschaulichten Ausführungsbeispiel erstreckt sich vom freien
Ende des Teiles 10a des Kolbens 8a ein Flansch 17a radial auswärts. Der Flansch
17a ist einstückig mit dem Kolben ausgebildet und stellt ein Widerlager für einen
den elastischen Anschlag bildenden O-Ring 13a dar. Bei der Einwärtsbewegung des
Kolbens 8a legt sich der O-Ring 13a gegen die äußere Stirnfläche des einwärts gerichteten
Flansches lla.
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Auf diese Weise wird die Einwärtsbewegung des Kolbens weich gestoppt.
Die vom Wellenstumpf des Schrittmotors 2a getragene Spindel 7a wirkt in der gleichen
Weise auf den in dem kreiszylindrischen,
einwärts abgesetzten Teil
5a des Gehäuses geführten Kolben 8a. Da auch dieser Kolben kreiszylindrisch im Querschnitt
ausgebildet ist, weist er eine Längsnut 15a auf, in die sich ein vom Gehäuseteil
5a getragener Stift 16a hineinerstreckt.
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Das in Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich
von den übrigen dadurch, daß die Einwärtsbewegung des Kolbens nicht durch einen
in der Nähe des freien Endes des Kolbens 8b angeordneten elastischen Anschlag gehemmt
wird. Bei dem in Fig.
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3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist wiederum ein Schrittmotor
2b in einem Gehäuse 3b angeordnet, das einen kreiszylindrischen, einwärts abgesetzten
Teil 5b umfaßt, dessen freies Ende durch einen einwärts gerichteten Flansch llb
gebildet ist. Dieser abgesetzte Teil 5b lagert einen Kolben 8b, der einen im Querschnitt
kleineren Bereich lOb umfaßt, der sich durch die Öffnung im Flansch llb hindurcherstreckt.
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Zwischen dem Flansch llb und dem radial abgesetzten Teil des Kolbens
8b ist ein durch einen Ring 12b gebildeter elastischer Anschlag angeordnet. Der
Kolben ist ebenfalls hohl ausgebildet. Der hohle Bereich 9b des Kolbens weist jedoch
eine solche Länge auf, daß sich die Spindel 7b in die Höhlung hineinerstrecken kann,
ohne in die Nähe des Bodens der Höhlung zu gelangen. Die Drehfestigkeit des im Querschnitt
zylindrisch gestalteten Kolbens 6b wird durch eine in diesen eingefräste Längsnut
15b und einen vom Gehäuse aus in die Längsnut hineinragenden Stift 16b erreicht.
Die Einwärtsbewegung, d. h. die Bewegung des Kolbens 8b zum Schrittmotor 2b hin,
wird durch einen elastischen Anschlag 13b begrenzt, der zwischen der Stirnfläche
des Kolbens 8b und der Stirnfläche des Schrittmotors 8b als Pufferring aus weichelastischem
Werkstoff angeordnet ist. Auch hier
kann anstelle des in der Zeichnung
als ringförmige flache Scheibe ausgebildeten elastischen Anschlages ein O-Ring verwendet
werden, wenn durch die progressive Federkennlinie eines O-Ringes eine spezielle
Bremsung der Einwärtsbewegung des Kolbens 8b gewünscht ist.