DE3638844A1

DE3638844A1 - Linear drive with a reversible electric motor

Info

Publication number: DE3638844A1
Application number: DE19863638844
Authority: DE
Inventors: Rudolf Welle
Original assignee: WLM FEINWERKTECHNIK GmbH
Current assignee: WLM FEINWERKTECHNIK GmbH
Priority date: 1986-11-13
Filing date: 1986-11-13
Publication date: 1988-05-26

Abstract

A linear drive with a reversible electric motor which is suitable, in particular, for valves, comprises a spindle which is driven by this motor, if required via a reduction gear mechanism, and can be turned in a fixed nut. The spindle causes axial displacement of a feeler which is sprung relative to it. The spindle is furthermore connected, via a second mechanism to the shaft of a position indicator, in particular a measuring potentiometer. The end positions of the spindle and, where appropriate, also intermediate positions are indicated by position switches or these switches are actuated in the corresponding positions. The operating cams, like the measuring potentiometer, are adjusted by the rotation of the spindle.

Description

Die Erfindung betrifft einen Hubantrieb mit reversier barem Elektromotor. Ein solcher Hubantrieb wird für die verschiedensten Zwecke, unter anderem auch zum Zustellen bzw. Aufstellen von Ventilen, benötigt.The invention relates to a linear actuator with reversing bare electric motor. Such a linear actuator is used for a variety of purposes, including for Delivery or installation of valves required.

Hubantriebe der vorgenannten Art sind in der Technik in verschiedenen Ausführungen bekannt geworden. Wenn es jedoch darauf ankommt, einen exakt definierten Hub auszuführen und die jeweils zurückgelegte Strecke, also den durchgeführten Teilhub, anzuzeigen, treten unter Umständen erhebliche Schwierigkeiten auf. Wenn beispielsweise bei einem Tellerventil der durch einen Stift verstellbare Ventilteller aus seiner voll geöffneten Lage in seine Schließlage gebracht werden soll, würde eine nur ganz geringfügige Unterschreitung des gewünschten Hubes dazu führen, daß das Ventil nicht zuverlässig geschlossen ist. Würde der Sollhub dagegen nur ganz geringfügig überschritten, dann tritt unter Umständen eine Zerstörung des Ventils auf, sofern nicht der Ventilteller eine elastische Auflage besitzt.Lift drives of the aforementioned type are in the art became known in different versions. If however, it depends on a precisely defined stroke and the distance traveled, that is, the partial stroke carried out to indicate occur may have significant difficulties. If for example with a poppet valve by a Pen adjustable valve disc from its full opened position to be brought into its closed position would be a very slight shortfall of the desired stroke cause the valve is not reliably closed. Would the target stroke on the other hand, only slightly exceeded, then occurs the valve may be destroyed, unless the valve plate has an elastic pad owns.

Will man andererseits den Hub beim Auftreten einer vorgegebenen Ventilauflagekraft beenden, müßte entwe der der Elektromotor augenblicklich stillgesetzt oder aber eine Rutschkupplung oder dergleichen eingebaut werden. In jedem dieser Fälle verzichten die bekannt gewordenen Hubantriebe aber auf eine exakte Anzeige des ausgeführten Hubes.On the other hand, if you want the stroke when a stop the predetermined valve contact force, should either which the electric motor is stopped immediately or but built a slip clutch or the like will. In each of these cases, the known waive lift actuators on an exact display of the stroke performed.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Schwierigkeiten zu beseitigen und einen Hubantrieb mit reversierbarem Elektromotor zu schaffen, der mit einer exakten Hubanzeige ausgestattet ist, wobei der Hub dennoch kraftbegrenzt ist.The invention is based on the object Eliminate difficulties and using a linear actuator to create reversible electric motor with a exact stroke indicator, the stroke is still force limited.

Diese Aufgabe wird durch einen Hubantrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This task is accomplished with a linear actuator Features of claim 1 solved.

Als Elektromotor kann ein Motor mit rotierendem Läufer oder auch ein Schrittmotor verwendet werden. Der Taststift kann von der Spindel grundsätzlich in beliebiger Weise mitgenommen werden, sofern er nur in Richtung der Achse der Spindel verschiebbar geführt wird.A motor with a rotating rotor can be used as an electric motor or a stepper motor can be used. The The stylus can basically be moved in from the spindle can be taken in any way, provided that it is only in Slidably guided in the direction of the axis of the spindle becomes.

Der Stellungsmelder ist erfindungsgemäß mit der Spindel, gegebenenfalls über ein zweites Getriebe, verbunden. Das bietet erhebliche Vorteile gegenüber der sonst üblichen Verbindung eines Stellungsmelders mit dem Taststift.The position indicator is according to the invention with the Spindle, possibly via a second gear, connected. This offers significant advantages over the otherwise usual connection of a position indicator with the stylus.

Die Spitze des Taststiftes wirkt auf den zu verstel lenden Teil, beispielsweise den mit dem Ventilteller verbundenen Stift eines Tellerventils.The tip of the stylus acts on the to be adjusted lumbar part, for example the one with the valve disk connected pin of a poppet valve.

Vorzugsweise ist die Welle des Stellungsmelders, gegebenenfalls über ein Getriebe, mit Schaltnocken zur Betätigung von Positionsschaltern verbunden. Da die Drehung der Spindel über ihr Gewinde in einem konstanten Verhältnis zu ihrem axialen Hub steht, entspricht ein bestimmter Drehwinkel der Spindel einem bestimmten Teilhub. Der Drehwinkel kann, wie schon bemerkt, durch ein zwischengeschaltetes Getriebe vergrößert werden. Das erleichtert die Anbringung von Positionsschaltern in verschiedenen Positionen. Um die beiden Endlagen am Anfang und am Ende des auszuführen den Hubes festzulegen, werden zwei derartige Posi tionsschalter als Endlagenschalter verwendet. Man kann aber auch Zwischenstellungen, die vorgegebenen Teil hüben entsprechen, durch Positionsschalter anzeigen bzw. irgendwelche Schaltvorgänge dadurch auslösen lassen.The shaft of the position indicator is preferably if necessary via a gear, with switch cams for Operation of position switches connected. Since the Rotation of the spindle over its thread in one constant relation to their axial stroke, a certain angle of rotation of the spindle corresponds to one certain partial stroke. The angle of rotation can, as already noticed by an intermediate gear be enlarged. This makes it easier to attach Position switches in different positions. To the two end positions at the beginning and at the end of the run to set the hub, two such posi tion switch used as a limit switch. One can but also intermediate positions, the given part corresponding strokes, indicated by position switches or trigger any switching operations to let.

Als Stellungsmelder wird vorzugsweise ein Meßpotentio meter verwendet, das mit einer an sich bekannten Schaltung verbunden ist, durch die die Stellung des Schleifers des Meßpotentiometers in eine entsprechende elektrische Spannung umgewandelt wird. Diese Spannung kann entweder auf einem Instrument angezeigt oder aber in einer entsprechenden Schaltung mit einer oder mehreren Sollspannungen verglichen und zur Auslösung bestimmter Funktionen verwendet werden.A measuring potentiometer is preferably used as the position indicator meter used with a known per se Circuit is connected through which the position of the Grinder of the potentiometer in a corresponding electrical voltage is converted. This tension can either be displayed on an instrument or else in a corresponding circuit with an or several target voltages compared and for triggering certain functions can be used.

Vorzugsweise ist die Spindel eine Hohlwelle, die den Taststift aufnimmt. Der Taststift ist also in dieser Hohlwelle frei verschiebbar geführt. Er besitzt an seinem unteren Ende einen Taststift, der das zu verstellende Teil beaufschlagt und seinen Hub auf dieses überträgt.Preferably, the spindle is a hollow shaft that the Picks up stylus. So the stylus is in this Hollow shaft freely guided. He owns its lower end a stylus that is too adjusting part acted on and its stroke this transmits.

Der in der Hohlwelle verschiebbare Taststift ist dieser gegenüber elastisch abgefedert. Das kann durch verschiedene Konstruktionen ermöglicht werden. Vor zugsweise ist jedoch vorgesehen, daß an dem der Tastspitze des Taststiftes abgewandten Ende desselben eine Schraubendruckfeder in der Hohlwelle angeordnet ist, die einen Axialanschlag am Taststift gegen einen Gegenanschlag der Hohlwelle drückt. Dieser Axialan schlag des Taststiftes ist zweckmäßig eine tellerför mige Erweiterung an seinem Ende, während der Gegen anschlag der Hohlwelle der Boden einer Erweiterung in der Hohlwellenbohrung ist, die die tellerartige Erweiterung des Taststiftes sowie die sich auf dieser abstützende Schraubendruckfeder aufnimmt.The stylus, which can be moved in the hollow shaft, is cushioned against this elastically. That can be done by different constructions are made possible. Before However, it is preferably provided that the Stylus tip of the stylus facing away from the end a helical compression spring arranged in the hollow shaft is an axial stop on the stylus against one Counterstop of the hollow shaft presses. This Axialan Strike the stylus is advisable a tellerför expansion at its end while the opposite stop the hollow shaft the bottom of an extension in the hollow shaft bore, which is the plate-like Extension of the stylus as well as on this supporting helical compression spring.

Um die Kraft der Schraubendruckfeder verstellen zu können, ist vorzugsweise das axiale Gegenlager der Schraubendruckfeder eine Einstellschraube, die in das mit Innengewinde versehene Ende der Erweiterung der Bohrung der Hohlwelle eingeschraubt ist.To adjust the force of the helical compression spring can, is preferably the axial counter bearing Coil spring an adjusting screw that in the threaded end of the extension of the Bore of the hollow shaft is screwed in.

Die durch die Einstellschraube eingestellte Vorspan nung der Schraubendruckfeder ist diejenige Kraft, bei deren Überschreiten der Taststift innerhalb der Spindel verschoben und die tellerartige Erweiterung vom Gegenanschlag abgehoben wird. Die Kraft nimmt dann entsprechend der Federcharakteristik der Schrauben druckfeder mehr oder weniger stark zu. Durch Wahl einer entsprechenden Schraubendruckfeder kleiner oder größerer Länge und bestimmter Federcharakteristik kann der Verlauf der Auflagekraft des Taststiftes nach seinem Abheben beeinflußt werden.The preload set by the adjusting screw The compression spring is the force at whose exceeding the stylus within the Spindle shifted and the plate-like extension is raised from the counterstop. The strength then increases according to the spring characteristics of the screws compression spring more or less too. By choice a corresponding helical compression spring smaller or greater length and certain spring characteristics can the course of the contact force of the stylus his takeoff will be affected.

Die Erfindung wird nachstehend in einem Ausführungs beispiel anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:The invention is described below in one embodiment example explained in more detail with reference to the drawing. Here demonstrate:

Fig. 1 eine schematisch vereinfachte Darstel lung eines erfindungsgemäßen Hub antriebs, der auf ein ebenfalls schema tisch vereinfacht dargestelltes Teller ventil wirkt, und Fig. 1 is a schematically simplified presen- tation of a lifting drive according to the invention, which acts on a likewise schematically simplified plate valve, and

Fig. 2 eine vergrößerte Teildarstellung des Hubantriebes gemäß Fig. 1. FIG. 2 shows an enlarged partial illustration of the lifting drive according to FIG. 1.

Wie man aus Fig. 1 erkennt, umfaßt der dort darge stellte Hubantrieb einen Elektromotor 38, dessen Welle über ein Getriebe, bestehend aus den Zahnrädern 37, 36, 35, 34, 33, 25, 24, 22 mit einer als Hohlwelle ausgebildeten Spindel 18 verbunden ist. Der Motor ist reversierbar, und die Drehzahl der Motorwelle wird durch das Getriebe sehr stark untersetzt, so daß die Spindel 18 nur sehr langsam gedreht wird. Die Spindel ist, wie man insbesondere aus Fig. 2 erkennt, etwa in der Mitte ihrer Länge mit einem Außengewinde 19 versehen und mit diesem Gewinde in das Innengewinde einer ortsfest montierten Mutter 20 eingeschraubt. Das Gewinde besitzt eine verhältnismäßig große Steigung, so daß bei einer Umdrehung des Zahnrades 22 und damit der Spindel 18 eine axiale Verschiebung über etwa den ganzen gewünschten Hub erfolgt.As can be seen from Fig. 1, the jack Darge presented includes an electric motor 38 , the shaft of which is via a gear consisting of the gears 37 , 36 , 35 , 34 , 33 , 25 , 24 , 22 with a spindle 18 designed as a hollow shaft connected is. The motor is reversible and the speed of the motor shaft is very strongly reduced by the gear, so that the spindle 18 is rotated only very slowly. The spindle is, as can be seen in particular from Fig. 2, provided with an external thread 19 approximately in the middle of its length and is screwed with this thread into the internal thread of a nut 20 fixedly mounted. The thread has a relatively large pitch, so that with one revolution of the gear 22 and thus the spindle 18 there is an axial displacement over approximately the entire desired stroke.

In der Hohlwelle ist axial verschiebbar ein Taststift 26 geführt, der an seinem in der Zeichnung unteren Ende eine Tastspitze 27 besitzt (Fig. 2). Diese Tastspitze berührt das abgeflachte obere Ende 10 eines stabförmigen Trägers 7, der an seinem entgegengesetz ten Ende einen Ventilteller 6 trägt. Wie in Fig. 1 schematisch vereinfacht dargestellt ist, ist dieser verschiebbare Stab 7 mit Ventilteller 6 in dem Gehäuse eines Tellerventils 1 enthalten, in dessen Stutzen 4 das abzusperrende Medium bei 16 einströmen und durch dessen Stutzen 2 das abfließende Medium bei 17 ausströmen kann. Der Fluß des Mediums wird beim Aufsetzen des Ventiltellers 6 auf den Ventilsitz 3 gesperrt bzw. beim Abheben des Ventiltellers 6 von diesem Ventilsitz freigegeben. Der den Ventilteller 6 tragende Stab 7 wird in einer schematisch angedeuteten Zwischenwand 5 des Ventilgehäuses geführt und ist gegenüber dieser abgedichtet. Eine Schraubendruckfeder 8 auf dem Stab 7, die sich einerseits an der Zwischenwand 5 und andererseits an einer tellerförmi gen Erweiterung 9 des Stabes 7 abstützt, sorgt dafür, daß das Ventil in der Ruhestellung geöffnet ist und erst durch einen axialen Druck auf das Ende 10 des Stabes 7 teilweise oder ganz geschlossen werden kann.A stylus 26 is guided axially displaceably in the hollow shaft and has a stylus tip 27 at its lower end in the drawing ( FIG. 2). This probe tip touches the flattened upper end 10 of a rod-shaped carrier 7 , which carries a valve plate 6 at its opposite end. As shown schematically in FIG. 1, this displaceable rod 7 with valve plate 6 is contained in the housing of a poppet valve 1 , in the socket 4 of which the medium to be shut off can flow in at 16 and through the socket 2 the outflow medium can flow out at 17 . The flow of the medium is blocked when the valve plate 6 is placed on the valve seat 3 or released when the valve plate 6 is lifted off this valve seat. The rod 7 carrying the valve plate 6 is guided in a schematically indicated intermediate wall 5 of the valve housing and is sealed off from it. A helical compression spring 8 on the rod 7 , which is supported on the one hand on the intermediate wall 5 and on the other hand on a plate-shaped extension 9 of the rod 7 , ensures that the valve is open in the rest position and only by axial pressure on the end 10 of the Rod 7 can be partially or completely closed.

Bei Einschalten des Motors 38 in der einen Drehrich tung bewegt sich die hülsenförmige Spindel 18 zusammen mit dem Taststift in Richtung auf das Ventil, und der Taststift drückt mit seiner Tastspitze 27 die Spitze 10 des Stabes 7 und damit den Ventilteller 6 in der Zeichnung abwärts, also in die Schließstellung. Sobald der Ventilteller 6 auf dem Ventilsitz 3 aufliegt, steigt bei weiterem Hub der Spindel die Auflagekraft an und wird, zusätzlich zu der Kraft der Schrauben druckfeder 8, auf den Taststift 26 übertragen. Der Taststift wird schließlich, sobald diese Axialkraft die Kraft der Feder 29 übersteigt, in der Spindel verschoben und drückt die Schraubendruckfeder 29 mittels seiner tellerartigen Erweiterung 28 zusammen. Die von einer Einstellschraube 31 eingestellte Aufla gekraft der Schraubendruckfeder 29 muß um so viel größer als die Kraft der Schraubendruckfeder 8 eingestellt werden, als die zulässige Auflagekraft des Ventiltellers 6 auf dem Ventilsitz 3 beträgt. Bei Überschreiten dieser zulässigen Kraft und weiterer Hubbewegung der Spindel 18 erhöht sich die Auflage kraft des Ventiltellers nur noch geringfügig, nämlich nur um so viel, wie die Kraft der Schraubendruckfeder 29 beim Zusammendrücken derselben durch den Taststift 26 erhöht wird. Man hat es durch Wahl einer entspre chenden Charakteristik der Schraubendruckfeder in der Hand, die Zunahme der Auflagekraft am Ventilteller vorzubestimmen.When switching on the motor 38 in one direction of rotation, the sleeve-shaped spindle 18 moves together with the stylus in the direction of the valve, and the stylus presses with its stylus 27 the tip 10 of the rod 7 and thus the valve plate 6 in the drawing downward, so in the closed position. As soon as the valve plate 6 rests on the valve seat 3 , the contact force increases with a further stroke of the spindle and, in addition to the force of the helical compression spring 8 , is transmitted to the stylus 26 . As soon as this axial force exceeds the force of the spring 29 , the stylus is displaced in the spindle and compresses the helical compression spring 29 by means of its plate-like extension 28 . The set by an adjusting screw 31 Aufla force of the helical compression spring 29 must be set so much greater than the force of the helical compression spring 8 , as the permissible contact force of the valve plate 6 on the valve seat 3 . If this permissible force and further stroke movement of the spindle 18 is exceeded, the support force of the valve plate increases only slightly, namely only by as much as the force of the helical compression spring 29 is increased by the stylus 26 when the same is compressed. By choosing a corresponding characteristic of the helical compression spring, you have the ability to pre-determine the increase in the contact force on the valve disk.

Wie man ferner aus Fig. 1 erkennt, ist im oberen Ende der Spindel ein Zahnrad 39 vorgesehen, das mit der Spindel fest verbunden ist. Dieses Zahnrad kämmt mit einem Zahnrad 40, das über eine (nicht bezeichnete) Welle mit einem Meßpotentiometer 41 verbunden ist. Das Zahnrad 40 ist, wie übrigens auch das Zahnrad 24, axial höher ausgebildet, damit die damit kämmenden Zahnräder 39 bzw. 22, die sich mit der Spindel 18 drehen und zugleich abwärts bewegen, nicht außer Eingriff geraten.As can also be seen from Fig. 1, a gear 39 is provided in the upper end of the spindle, which is fixedly connected to the spindle. This gear meshes with a gear 40 , which is connected to a measuring potentiometer 41 via a shaft (not shown). The gear 40 , like the gear 24 by the way, is axially higher so that the meshing gears 39 and 22 , which rotate with the spindle 18 and at the same time move downward, do not come out of engagement.

Dadurch, daß das Meßpotentiometer 41 mit der Drehbewe gung der Spindel 18 gekuppelt ist und diese Drehbewe gung in einem konstanten Verhältnis zur Axialverschie bung der Spindel steht, wird eine exakte Anzeige des Hubes der Spindel und damit auch des Taststiftes - vor der Auflage des Ventiltellers 6 auf dem Ventilsitz 3 - garantiert.Characterized in that the measuring potentiometer 41 is coupled with the rotary movement of the spindle 18 and this rotary movement is in constant proportion to the axial displacement of the spindle, an exact indication of the stroke of the spindle and thus also of the stylus - before the support of the valve plate 6 on valve seat 3 - guaranteed.

Mit dem Zahnrad 40 sind ferner zwei Schaltnocken 42 und 43 verbunden, die zwei angedeutete Endlagenschal ter 44 und 45 beaufschlagen und in der einen bzw. anderen Endlage betätigen. Auch diese Betätigung der Endlage ist also exakt mit der Stellung des Meßpoten tiometers 41 und mit dem Axialhub der Spindel 18 gekoppelt.With the gear 40 two switching cams 42 and 43 are also connected, act on the two indicated Endlagenschal ter 44 and 45 and operate in one or the other end position. This actuation of the end position is thus exactly coupled with the position of the measuring potentiometer 41 and with the axial stroke of the spindle 18 .

Weitere Einzelheiten der Spindel mit Taststift und eines Teils des zu verstellenden Tellerventils 1 sind in Fig. 2 dargestellt. Das Ventil ist mittels einer Überwurfmutter 11 mit einem Kragen 13 an dem nur abgebrochen dargestellten Gehäuse 12 des Hubantriebes verbunden. Ein von der Wand 12 des Gehäuses einwärts vorstehender Kragen 14 führt den Taststift 26, der in der Bohrung der Spindel 18 verschiebbar geführt ist. In Fig. 2 befindet sich die Spindel 18 in ihrer (in der Zeichnung unteren) Stellung. Durch die Zahnräder 25, 24 und 22 des Getriebes wird die Spindel gedreht und je nach Drehrichtung in Richtung des Pfeiles 21 nach der einen oder anderen Seite axial verschoben. Das der Wand 12 des Gehäuses benachbarte Ende der Spindel 18 ist mit einer äußeren Rändelung 15 versehen, auf die das Zahnrad 22 aufgepreßt ist.Further details of the spindle with stylus and part of the poppet valve 1 to be adjusted are shown in Fig. 2. The valve is connected by means of a union nut 11 to a collar 13 on the housing 12 of the lifting drive, which is only shown broken off. A collar 14 protruding inwards from the wall 12 of the housing guides the stylus 26 , which is displaceably guided in the bore of the spindle 18 . In FIG. 2, the spindle 18 is in its (in the drawing lower) position. The spindle is rotated by the gears 25 , 24 and 22 of the transmission and, depending on the direction of rotation, is axially displaced in the direction of arrow 21 to one side or the other. The end of the spindle 18 adjacent to the wall 12 of the housing is provided with an outer knurling 15 , onto which the toothed wheel 22 is pressed.

Claims

1. stroke drive, in particular for valves, with a reversible electric motor, marked net by a, possibly via a reduction gear ( 22 , 24 , 25 , 33-37 ) driven by the electric motor ( 38 ), in a most stationary nut ( 20 ) rotatable spindle ( 18 ), which leads to a spring-loaded stylus ( 26 ) axially displaceable and connected via a second gear ( 39 , 40 ) to the shaft of a position indicator ( 41 ).

2. Linear actuator according to claim 1, characterized in that the shaft of the position indicator ( 41 ), optionally via a gearbox, with switching cams ( 42 , 43 ) for actuating position switches ( 44 , 45 ) is connected.

3. linear actuator according to claim 1 or 2, characterized in that a measuring potentiometer with connected circuit is used as the position indicator ( 41 ).

4. linear actuator according to claim 1 to 3, characterized in that the spindle ( 18 ) is a hollow shaft which receives the stylus ( 26 ).

5. linear actuator according to claim 4, characterized in that at the the probe tip ( 27 ) of the stylus ( 26 ) facing away from the end ben a helical compression spring ( 29 ) in the hollow shaft ( 18 ) is arranged, which has an axial stop on the stylus ( 26 ) presses against a counterstop of the hollow shaft ( 18 ).

6. linear actuator according to claim 5, characterized in that the axial stop of the stylus a plate-shaped extension ( 28 ) at the end of the stylus ( 26 ) and the counterstop of the hollow shaft is the bottom of an extension ( 30 ) in the hollow shaft bore, which is the plate-like extension ( 28 ) of the stylus ( 26 ) as well as the helical compression spring ( 29 ) supported on it.

7. linear actuator according to claim 6, characterized in that the axial counter bearing of the helical compression spring ( 29 ) is an adjusting screw ( 31 ) which is screwed into the internally threaded end of the extension ( 30 ) of the bore of the hollow shaft le.