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Die
vorliegende Erfindung betrifft Drehantriebsvorrichtungen für rotierende
Systeme, die ausgehend von einer Translationsbewegung des Abtriebsorgans
eines Linearstellglieds um eine Drehachse beweglich sind.
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Soll
eine Vorrichtung mit reduziertem Gewicht und Platzbedarf in Richtungen
ausgerichtet werden, die in einem begrenzten Winkelbereich liegen,
wird üblicherweise,
wie in 1 dargestellt, ein Linearstellglied 10 verwendet,
dessen Abtriebsstange 12 in einer Translationsbewegung
verlagert zu werden vermag. Das Linearstellglied 10 ist
auf einem (nicht dargestellten) Gehäuse befestigt, auf dem sich mittels
einer Achse 14 die Vorrichtung zu drehen vermag, deren
Drehbewegungen gesteuert werden sollen.
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Die
drehbewegliche Vorrichtung umfasst ein Betätigungsorgan 16, das
mit einem Verbindungsglied 18 zusammenwirkt, welches mit
dem durch die Abtriebsstange gebildeten Linearbewegungssteuerorgan
verbunden ist. Das Verbindungsglied 18 ist mit der Abtriebsstange 12 des
Stellglieds 10 fest verbunden. Das Zusammenwirken zwischen
dem Betätigungsorgan 16 und
dem Verbindungsglied 18 erfolgt durch einen mit dem Verbindungsglied 18 fest
verbundenen Stift 20, der in einem in dem Betätigungsorgan 16 ausgebildeten
Schlitz 22 gleitend aufgenommen ist. Um eine mögliche Blockiergefahr
zu vermeiden und um das Steuern zu erleichtern, ist ein gewisses
Spiel zwischen dem Stift 20 und den Rändern des Schlitzes 22 vorgesehen.
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Hieraus
ergibt sich, dass das Positionieren der drehbeweglichen Vorrichtung
nicht mit sehr großer
Genauigkeit erfolgen kann. Überdies
ist der Drehwinkel der drehbeweglichen Vorrichtung nicht proportional
zu dem von der Abtriebsstange 12 des Stellglieds 10 zurückgelegten
Weg. Einfache Überlegungen
zeigen, dass die Tangente dieses Winkels nämlich zum Weg der Abtriebsstange
proportional ist. Hieraus folgt, dass die Steuerung der Bewegung der
Abtriebsstange des Stellglieds dementsprechend zu erfolgen hat,
was den Steuerungsverlauf und den Steuerkreis erschwert.
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Zur
Lösung
der Problematik des Positionierungsspiels der drehbeweglichen Vorrichtung
wurde vorgeschlagen, das Abtriebsorgan
12 des Stellglieds
12 und
das Betätigungsorgan
16 durch
einen starren Schwingarm
24 miteinander zu verbinden, der,
wie in
2 dargestellt, an seinen beiden Enden an diesen beiden
Organen ange lenkt ist. Eine derartige Vorrichtung ist aus dem Dokument
US 3 874 245 A bekannt, das
die Merkmale des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 offenbart. Auch
wenn die Positionierungsspiele durch diese Lösung verringert werden, wird dadurch
jedoch nicht das Problem der Proportionalität zwischen dem Drehwinkel der
drehbeweglichen Vorrichtung und dem Weg der Abtriebsstange des Stellglieds
gelöst,
da das Verhältnis
zwischen diesen beiden Werten in diesem Fall eine relativ komplex Funktion
ist.
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Aus
dem Dokument US-A-3 864 983 ist eine Vorrichtung zur Umwandlung
einer Drehbewegung in eine Translationsbewegung und umgekehrt bekannt, bei
der das Element zum Umwandeln zwischen diesen beiden Bewegungen
von einer Vielzahl von in Reihe geschalteter Zellen gebildet ist.
Jede Zelle ist von einem Paar drehender Separatoren gebildet, die zwei
Zellen benachbart sein können.
Die Separatoren sind durch elastische Verbindungselemente derart
verbunden, dass eine auf einen der Separatoren übertragene Drehung in eine
Kontraktion oder Streckung der Zelle umgesetzt wird.
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Die
vorliegende Erfindung gehört
in diesen Kontext; ihre Aufgabe ist es, eine Drehantriebsvorrichtung
eines Systems, das ausgehend von der Translationsbewegung des Abtriebsorgans
eines Linearstellglieds um eine Drehachse beweglich ist, vorzuschlagen,
die kein Positionierungsspiel aufweist und bei der der Drehwinkel
des drehbeweglichen Systems proportional zum Weg des Abtriebsorgans des
Stellglieds ist, wobei eine derartige Antriebsvorrichtung zuverlässig, leicht
zu installieren und kostengünstig
sein muss.
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Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist daher eine Drehantriebsvorrichtung
eines rotierenden Systems, das unter der Einwirkung einer Translationsbewegung
eines durch eine lineare Bewegung bewegbaren Steuerorgans um eine
Achse beweglich ist, wobei das rotierende System mit einem Betätigungsorgan
fest verbunden ist, das mit einem Verbindungsglied zusammenwirkt,
welches mit dem Linearbewegungssteuerorgan verbunden ist.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung weist das Verbindungsglied ein erstes Ende, das mit dem Betätigungsorgan
des rotierenden Systems starr verbunden ist, und ein zweites Ende
auf, das mit dem Linearbewegungssteuerorgan starr verbunden ist.
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Gemäß weiterer
vorteilhafter und nicht einschränkender
Merkmale der Erfindung:
- – ist das Verbindungsglied
aus einem elastischen Material gebildet, das jedoch für eine vorbestimmte
Länge dieses
Materials eine hohe Knickfestigkeit aufweist;
- – ist
das Verbindungsglied aus einem Kabel gebildet, das aus spiralförmig gewickelten
Metalllitzen geformt ist;
- – ist
das Verbindungsglied aus einer Feder mit nebeneinander liegenden
Windungen gebildet;
- – ist
das Verbindungsglied aus einer Drahtsaite gebildet;
- – ist
das Verbindungsglied aus einem Metallstreifen aus Federstahl gebildet;
- – ist
das Verbindungsglied aus einem Kunststoff oder einer Kohlenstofffaserstange
gebildet;
- – ist
ein Ansatzstück
mit wenigstens einem Ende des Kabels fest verbunden, wobei das Ansatzstück starr
auf dem Betätigungsorgan
oder dem Steuerorgan befestigt ist;
- – ist
das Ansatzstück
durch Crimpen, Schweißen oder
Umspritzen fest mit dem Kabel verbunden;
- – weist
eines der Ansatzstücke
wenigstens eine Verlängerung
auf, die mit einer auf dem anderen Ansatzstück ausgebildeten Auflagefläche zusammenzuwirken
vermag, falls eine übermäßige Beanspruchung
das Knicken des elastischen Materials bewirkt.
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Weitere
Aufgaben, Merkmale und Vorzüge der
vorliegenden Erfindung verdeutlicht die nachfolgende Beschreibung
eines in nicht einschränkender Weise
angeführten
Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen, in denen:
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1 wie
bereits erwähnt,
schematisch eine Drehantriebsvorrichtung nach dem Stand der Technik
zeigt;
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2 wie
ebenfalls bereits erläutert,
schematisch eine andere Drehantriebsvorrichtung nach dem Stand der
Technik zeigt;
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3 schematisch
eine Drehantriebsvorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung
in einer ersten Stellung zeigt;
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4 schematisch
die Drehantriebsvorrichtung aus 3 in einer
zweiten Stellung zeigt;
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5 ein
Beispiel eines Verbindungsglieds, das in der erfindungsgemäßen Drehantriebsvorrichtung
verwendbar ist zeigt;
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6 ein
anderes Beispiel eines Verbindungsglieds zeigt, das in der erfindungsgemäßen Drehantriebsvorrichtung
verwendbar ist;
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7 in
perspektivischer Ansicht eine Ausführungsvariante der Drehantriebsvorrichtung
entsprechend der vorliegenden Erfindung in Ruhestellung zeigt;
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8 in
perspektivischer Ansicht die Ausführungsvariante aus 7 in
Betätigungsstellung zeigt,
und
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9 eine
Seitenansicht der Antriebsvorrichtung in der Stellung aus 7 zeigt.
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Identische
Elemente oder Elemente mit gleicher Aufgabe sind in den einzelnen
Figuren mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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In 3 und 4 ist
eine schematische Ansicht einer Drehantriebsvorrichtung dargestellt,
die entsprechend der vorliegenden Erfindung ausgeführt ist.
Eine derartige Vorrichtung verwendet wie nach dem Stand der Technik
ein Linearstellglied 10, dessen Abtriebsstange 12 in
einer Translationsbewegung verlagert zu werden vermag. Das Linearstellglied 10 ist
auf einem (nicht dargestellten) Gehäuse befestigt, auf dem sich
mittels einer Achse 14 die Vorrichtung zu drehen vermag,
deren Drehbewegungen gesteuert werden sollen. Die drehbewegliche
Vorrichtung umfasst hier auch ein Betätigungsorgan 16, durch
das die Winkelstellung einer um die Achse 14 drehbeweglichen
Vorrichtung kontrolliert werden kann.
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Erfindungsgemäß ist zwischen
dem Betätigungsorgan 16 und
dem Steuerorgan 12 ein Verbindungsglied 30 vorgesehen,
wobei dieses Verbindungsglied aus einem elastischen Material mit
einer vorbestimmten Länge
L ausgeführt
ist. Ein derartiges Material kann zum Beispiel aus einem Metallkabel, das
aus mehreren in der Art eines Zugkabels spiralförmig gewickelten Litzen gebildet
ist, aus einem Streifen aus Federstahl, aus einer Drahtsaite und
allgemein aus jedem elastischen Material gebildet sein, das jedoch
eine hohe Knickfestigkeit für
eine Länge L
dieses Materials aufweist. Zu den Materialien, die diese Anforderungen
erfüllen,
gehören
auch Kunststoffe und aus Kohlenstofffasern gebildete Stangen sowie
Federn mit nebeneinander liegenden Windungen.
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Das
Verbindungsglied 30 ist sowohl mit dem Betätigungsorgan 16 als
auch mit dem Steuerorgan 12 verbunden. 5 zeigt
ein Verbindungsglied 30, das aus einem Metallkabel 32 gebildet
ist, welches mehrere spiralförmig
gewickelte Litzen umfasst und als Verbindungsglied gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendbar ist. In dieser Figur ist zu erkennen, dass
das Kabel 32 an jedem seiner Enden mit einem Ansatzstück 34 bzw. 36 fest
verbunden ist, wobei diese Ansatzstücke 34 und 36 ihrerseits
starr auf dem Betätigungsorgan 16 und
der Abtriebsstange 12 befestigt sind. Das Kabel 32 kann
mit den Ansatzstücken 34 und 36 durch
Crimpen, Schweißen,
Umspritzen usw. fest verbunden sein. Bei einem Streifen aus Federstahl
können
die Enden dieses Streifens auf dem Betätigungsorgan 16 und
dem Steuerorgan 12 verschraubt oder verlötet sein.
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In 6 ist
ein anderes Verbindungsglied 30 dargestellt, das aus einem
elastischen Material gebildet ist, das jedoch über die gesamte Länge L des
Materials eine hohe Knickfestigkeit aufweist. Im vorliegenden Fall
handelt es sich um ein Glied, das aus einer Feder 38 mit
nebeneinander liegenden Wicklungen gebildet ist. Der Querschnitt
des zum Bilden dieser Feder verwendeten Drahts ist vorzugsweise
quadratisch. Wie bei der in 5 dargestellten
Ausführungsform
ist die Feder 38 an jedem ihrer Enden fest mit einem Ansatzstück 34 bzw. 36 verbunden,
wobei diese Ansatzstücke 34 und 36 ihrerseits
starr auf dem Betätigungsorgan 16 und
der Abtriebsstange 12 befestigt sind. Die Feder 38 kann
mit den Ansatzstücken 34 und 36 durch
Crimpen, Schweißen,
Umspritzen usw. fest verbunden sein.
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3 zeigt
die Antriebsvorrichtung in einer Stellung, in der die Abtriebsstange 12 des
Stellglieds 10 eine Endstellung einnimmt, in der diese
soweit wie möglich
in den Korpus des Stellglieds 10 eingefahren ist. Das Stellglied 10 ist
auf dem die Achse 14 tragenden Gehäuse derart angebracht, dass
in dieser Stellung die Achse der Abtriebsstange 12 des
Stellglieds durch den Befestigungspunkt 32 des Verbindungsglieds 30 auf
dem Betätigungsorgan 16 verläuft. Hieraus
ergibt sich, dass das Verbindungsglied 30 in dieser als
Ruhestellung bezeichneten Stellung geradlinig ist und vollständig in
der Verlängerung
der Abtriebsstange 12 angeordnet ist.
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Wird
das Stellglied 10 betätigt,
um die Abtriebsstange 12 aus dem Korpus des Stellglieds
auszufahren, übt
diese auf das Verbindungsglied 30 einen Schub aus, welches
wiederum seinerseits auf das Betätigungsorgan 16 einen
Schub ausübt,
und das Ganze nimmt eine Stellung ein, wie in 4 dargestellt.
Da eines der Enden des Verbindungsglieds 30 fest mit der
Schubstange 12 verbunden ist, bleibt dieses nämlich in
deren Verlängerung,
wenn die Abtriebsstange 12 bewegt wird. Da das andere Ende des
Verbindungsglieds 30 fest mit dem Betätigungsorgan 16 verbunden
ist, bleibt dieses ebenfalls lotrecht zu der Stange angeordnet,
wenn die Abtriebsstange 12 bewegt wird. Da das Mittelteil
des Verbindungsglieds elastisch und keinerlei Beanspruchung ausgesetzt
ist, kann sich dieses hingegen ungehindert verformen, um die Bewegung
der Abtriebsstange 12 auf das Betätigungsorgan 16 zu übertragen.
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Wie
der Versuch zeigt, nimmt das Betätigungsorgan
eine Form an, die annähernd
der eines Kreisbogens gleicht, der auf den Punkt C zentriert ist, in
dem sich die Geraden treffen, die durch die Befestigungspunkte des
Verbindungsglieds 30 auf der Abtriebsstange 12 und
dem Betätigungsorgan 16 verlaufen.
Da die Länge
L des Verbindungsglieds 30 aufgrund dessen Knickfestigkeit
konstant ist, ergibt sich hieraus, dass sich das Betätigungsorgan 16 und
somit die mit dem Betätigungsorgan 16 fest
verbundene, um die Achse 14 drehbewegliche Vorrichtung
um einen Winkel α dreht,
der zum Weg der Abtriebsstange 12 proportional ist.
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Um
sicherzustellen, dass die Funktionsfähigkeit der Antriebsvorrichtung
durch keinerlei Knickeffekt beeinträchtigt wird, kann ein Anschlag
vorgesehen werden, um diesen Effekt soweit wie möglich einzuschränken. Dies
ist in 7 bis 9 dargestellt.
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Wie
in diesen Figuren zu erkennen ist, weist eines der Ansatzstücke 34 oder 36 wenigstens
eine, im dargestellten Beispiel zwei Verlängerungen 40 auf,
die bis in die Nähe
einer am anderen Ansatzstück 36 bzw. 34 gebildeten
Auflagefläche 42 parallel zu
dem elastischen Element des Verbindungsglieds 30 verlaufen,
wenn sich dieses in Ruhestellung befindet.
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Damit
diese Verlängerung
bzw. Verlängerungen 40 das
elastische Element nicht daran hindern, sich bei Betätigung zu
biegen, ist dieses bzw. sind diese in Bezug auf das elastische Element 32 oder 38 in
einer Ebene angeordnet, die durch die Drehachse 14 des
Betätigungsorgans 16 verläuft. Biegt
sich das elastische Element, so wird dieses, wie in 8 zu erkennen,
durch nichts in seiner Bewegung behindert.
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Wird
bei der Handhabung, beim Transport oder bei der Montage der erfindungsgemäßen Vorrichtung
auf diese in Richtung des Pfeils F in 9 ein Druck
ausgeübt,
und zwar derart, dass dieser das Knicken des elastischen Elements
bewirkt, kommen die beiden Ansatzstücke indessen mittels der Auflagefläche 42 miteinander
in Kontakt, die mit einer bzw. beiden Verlängerungen 42 zusammenwirkt.
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Hieraus
ergibt sich, dass es somit möglich ist,
die Biegsamkeit des elastischen Elements zu vergrößern, ohne
hierbei die Zuverlässigkeit
der Antriebsvorrichtung zu beeinträchtigen.
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Für eine Vorrichtung
mit reduziertem Gewicht und Platzbedarf, die in Richtungen ausgerichtet werden
soll, die in einem begrenzten Winkelbereich liegen, wurde somit
ausgehend von der Translationsbewegung des Abtriebsorgans eines
Linearstellglieds eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Drehantrieb
um eine Drehachse ausgeführt,
die kein Positionierungsspiel aufweist und bei der der Drehwinkel
des drehbeweglichen Systems proportional zum Weg des Abtriebsorgans
des Stellglieds ist. Da eine derartige Antriebsvorrichtung ausgesprochen einfach
und vollkommen zuverlässig
ist, ist ihre Montage einfach und ihre Kosten sind gering.