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Die vorliegende Erfindung betrifft auskuppelbare, elektrische,
lineare Schrittmotoren der Bauart, bei der ein mehrpoliger
Stator vorhanden ist, in dessen Bohrung ein Läufer von
geringerem Durchmesser in zykloider Weise rotiert.
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Um diese Rotationsbewegung in eine lineare, axiale Bewegung
umzuformen, ist die Statorbohrung mit Innengewinde versehen,
während der Rotor auf seinem Umfang parallele Rillen oder auch
ein zum Innengewinde des Stators passendes Außengewinde
aufweist. Ein Antriebsschaft, der axial mit dem Rotor
einstückig ist, wird auf diese Weise in eine lineare
Translationsbewegung mitgenommen.
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Motoren dieser Bauart sind bereits bekannt, insbesondere wird
ein Beispiel in der europäischen Patentanmeldung Nr. 0078740
beschrieben.
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Solche Vorrichtungen werden insbesondere zur Steuerung von
Regelsystemen eingesetzt. In diesen Systemen steuert der
Antriebsschaft, der sich linear und Schritt für Schritt
verschiebt, Regelorgane. Er wird häufig Steuerschaft genannt.
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Eine Eigenschaft dieser Vorrichtungen ist, daß der Motor in
das gasförmige oder flüssige, zu regelnde Medium eintaucht,
wenn keine besonderen Vorsichtsmaßnahmen ergriffen werden.
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Dies ist ohne große Bedeutung, wenn dieses Medium z.B. Luft
ist, aber es ist etwas ganz anderes, wenn dieses Medium aus
gefährlichen, insbesondere explosiblen Flüssigkeiten oder
Gasen besteht.
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In diesem Fall besteht ein Explosionsrisiko, wenn das
Statormedium ein elektrisch aktives Medium ist. Darüber hinaus
ist es im allgemeinen erforderlich, daß der Motor der
gefährlichen Flüssigkeit oder dem Gas keinen Durchgang zur
äußeren Umgebung bietet, die geschützt bleiben soll. Durch die
US-A-2535695 und DE-B-1167431 sind im übrigen Elektromotoren
bekannt, in denen die Rotorumgebung durch wulstförmige
Dichtungen von der Statorumgebung isoliert ist, aber die in diesen
Dokumenten beschriebene Anordnung wird nicht zur speziellen
Gestaltung von Rotoren der vorgenannten Bauart verwendet.
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Die vorliegende Erfindung zielt darauf, diesen Nachteil zu
vermeiden.
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Hierzu wird ein auskuppelbarer, linearer, elektrischer
Schrittmotor mit einem mehrpoligen Stator vorgeschlagen, in
dessen Bohrung in zykloider Weise ein Läufer von geringerem
Durchmesser rotiert, und der Dichtungsmittel aufweist, die
zwischen der Läuferumgebung und der Statorumgebung angeordnet
sind, um die besagte Statorumgebung von der besagten
Rotorumgebung zu trennen, dadurch gekennzeichnet, daß die
Dichtungsmittel elastische Mittel umfassen sowie starre Mittel, um
die elastischen Mittel zu stützen und sie einerseits gegen
zwei zylindrische, ringförmige Flächen, die jeweils mit den
beiden Enden der Bohrung des Stators einstückig sind, und
andererseits gegen die Ränder der beiden zylindrischen Hülsen
für die Lagerung des Läufers zu drücken.
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Das Rotorvolumen des erfindungsgemäßen Rotors kann auf diese
Weise frei mit einem Volumen kommunizieren, welches ein
gefährliches Gas oder eine Flüssigkeit enthält, ohne daß sich
daraus ein Explosionsrisiko oder eine Undichtigkeit dieses
Gases oder dieser Flüssigkeit nach außen ergibt.
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Wie dies im Folgenden besser verständlich wird, ist diese
Anordnung mit einem Stator kompatibel, der in den Abständen
zwischen den Polen eine verringerte Dicke aufweist, wodurch
die Leistung des Motors verbessert wird.
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Vorteilhafterweise umfassen die besagten starren Mittel
Stützringe mit L-Profil und die besagten elastischen Mittel
wulstförmige Dichtungen.
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Die vorliegende Erfindung wird aufgrund der vorliegenden
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Rotors besser verständlich, wobei auf die
beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird, in denen
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Fig. 1 eine Gesamtansicht des erfindungsgemäßen Motors im
Axialschnitt zeigt.
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Fig. 2 einen detaillierten Teilschnitt zeigt, der die
Anordnung der Dichtungen des Motors nach Fig. 1 zeigt, und
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Fig. 3 eine Frontansicht des Stators des Motors nach Fig. 1
zeigt.
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Unter Bezugnahme auf die Abbildungen beinhaltet ein Motor ein
zylindrisches Gehäuse 1, das auf der einen Seite durch einen
vorderen Flansch 2 und auf der anderen Seite durch einen
hinteren Flansch 3 verschlossen ist. Im Innenraum des Gehäuses
1 ist in im wesentlichen mittlerer Stellung ein Stator
ausgerichtet, hier mit zylindrischer Bohrung und mit vier
Polen, die in Form eines Kreuzes angeordnet sind, dessen Arme
um 90º gegeneinander versetzt sind. Jeder der vier Arme ist
von einer Spule 5 umgeben, die auf geeignete Weise mit
elektrischer Energie versorgt wird, um die Funktion des Motors
sicherzustellen.
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Der vordere Flansch 2 trägt eine rohrförmige, eine Hülse 6
bildende Verlängerung, die sich in einer zur Ebene des
besagten Flanschs senkrechten Richtung in den Innenraum des
Motors erstreckt, um durch Berührung mit der Vorderseite 51
des Stators 4 zusammenzuwirken, wie weiter unten erläutert
wird.
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Auf gleiche Weise wirkt die Rückseite 52 des Stators 4 mit
einer rohrförmigen, kegelstumpfartigen Hülse 7 zusammen, die
an ihrem gegenüberliegenden Endabschnitt 8 geschlossen ist.
Diese Hülse hat zwei Abschnitte 9, 10 unterschiedlichen
mittleren Durchmessers, der eine in der Verlängerung des
anderen und von im wesentlichen gleicher Höhe, wobei der
erste, im Innenraum des Motors untergebrachte Abschnitt 9
einen etwas größeren Innendurchmesser besitzt als die Bohrung
des Stators und eine Höhe, die wenigstens gleich dem Hub des
Rotors 11 in seiner Funktion ist, um von einer Extremstellung
in seine andere Extremstellung zu gelangen. Der zweite
Abschnitt 10 mit einem geringeren mittleren Durchmesser hat
einen Innendurchmesser, der etwas größer ist als der eines mit
dem Rotor 11 axial einstückigen Antriebsschafts 20, und seine
Höhe ist wenigstens gleich dem maximalen Hub des Rotors 11.
Der Antriebsschaft oder Steuerschaft 20 ist dazu bestimmt,
z.B. ein nicht dargestelltes Regelorgan zu steuern.
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Der hintere Flansch 3 des Motors von im ganzen kreisförmiger
Form hat in seiner Mitte eine Bohrung, die etwas größer ist
als der Außendurchmesser des Abschnitts 10 der Hülse 7 und
wirkt mit der besagten Hülse 7 durch Abstützen gegen den
Absatz zusammen, der durch den kreisförmigen Ring gebildet
wird, der sich aus dem Unterschied der jeweiligen
Außendurchmesser der Abschnitte 9 und 10 der Hülse 7 ergibt,
um diese dadurch gegen die Rückseite 51 des Stators 4 gedrückt
zu halten.
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Unter Bezugnahme auf Fig. 3 ist, um den magnetischen Fluß zum
Rotor 11 zu maximieren, die Dicke des Stators in den
Intervallen zwischen Polen, d.h. in den winkelhalbierenden Ebenen
der durch die Ebenen der vier Statorpole gebildeten Winkel,
auf ein Minimum reduziert und gestattet nicht die Ausbildung
einer wirksamen tragenden Breite für eine Dichtung, die gegen
die ebenen Endabschnitte des Stators andrückend angeordnet
wäre.
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Um diesen Nachteil zu vermeiden, werden, wie es Fig. 2 zeigt,
die eine vergrößerte Ansicht der beiden Details der linken
Seite von Fig. 1 ist, zwei starre, L-förmig profilierte Ringe
12 und 120 mit zwei im wesentlichen gleich langen Abschnitten,
deren Durchmesser etwas größer als der Durchmesser der Bohrung
des Stators 4 ist, beidseitig des Stators und entlang der
gleichen Achse angeordnet. Der ebene, ringförmige Teil der
beiden Ringe 12, 120 stützt sich jeweils auf der Vorderseite
51 und der Rückseite 52 des Stators 4 ab. Der zylindrische
Teil der beiden Ringe 12, 120 bildet mit dem besagten
ringförmigen, ebenen Teil einen rechten Winkel, dessen
Winkelhalbierende zur Statorachse bzw. zum vorderen 2 und hinteren
Flansch 3 des Motors gerichtet ist. Jeder der beiden Ringe 12,
120 bildet so mit einer Wand 40, 400, die eine zylindrische
Verlängerung der Fläche der Bohrung des Stators 4 bildet, eine
ringförmige Nut, die die Aufnahme eines Dichtungselements 13,
130 ermöglicht. Hier ist jedes der beiden Dichtungselemente
eine wulstförmige Dichtung, die aus elastischem Material
hergestellt ist.
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Auf diese Weise drückt der ringförmige Ansatz eines jeden der
beiden Ringe 12 und 120 jede der Dichtungen 13 und 130 gegen
die beiden äußeren, zylindrischen, ringförmigen Flächen 41 und
410 der Wände 40 und 400, die mit den Enden der Bohrung des
Stators 4 ein Teil bilden.
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Auf gleiche Weise drückt der ringförmige Abschnitt jedes der
beiden Ringe 12 und 120 die beiden Dichtungen 13 und 130
jeweils gegen das ringförmige, ebene Ende bzw. den Rand 71 der
Hülse 7.
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Auf diese Weise stellt sich der Dichtkontakt zwischen den
beiden Dichtungen 12 und 120 und dem Stator 4 entlang einer
zylindrischen Fläche ein, während sich der Dichtkontakt
zwischen den beiden Dichtungen 12 und 120 und den Ringen 6 und
7 der Lagerung des Rotors 11 entlang einer ringförmigen,
ebenen Fläche einstellt. Es ergibt sich daraus, daß das
Vorhandensein von Zonen in den Zwischenräumen zwischen den
Polen, wo der Stator nicht dicker ist als die Wände 40 und
400, eine gute Dichtigkeit nicht verhindert. In diesen Zonen,
wo der ebene, ringförmige Teil der beiden Ringe 12 und 120
nicht vom Stator 4 abgestützt wird, bewirkt die Steifigkeit
der Ringe 12 und 120, daß die Dichtungen 13 und 130, die von
diesen Ringen 12 und 120 abgestützt werden, dennoch gegen die
Ränder 61 und 71 gedrückt werden, um eine gute Dichtigkeit zu
gewährleisten. Da darüber hinaus die Dichtigkeit zwischen den
Dichtungen 13 und 130 und dem Stator entlang der
zylindrischen, ringförmigen Fläche 41 und 401 gewährleistet
ist, bleibt die extreme Verengung der Seiten 51 und 52 in den
Bereichen zwischen den Polen ohne Einfluß auf die Qualität der
Dichtigkeit.
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Ein in den Enden einer jeden Hülse 6 und 7 angefertigter
Absatz 14, 140 arbeitet durch Berührung mit den Anschlägen 50,
500 des Stators zusammen, die senkrecht entlang eines
Kreisbogens verlaufen und eine mechanische Blockierung der
Statorposition gewährleisten sowie das Zusammendrücken der
Dichtungselemente 13, 130 begrenzen.
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Ein solcher Motor mit Dichtungselementen, die ermöglichen, die
Rotorumgebung A von der Statorumgebung B und gleichzeitig die
Rotorumgebung A von der äußeren Umgebung zu isolieren, ist
besonders gut für Regelungseinrichtungen gefährlicher oder
schädlicher Gase ebenso wie für Regelungseinrichtungen von
Flüssigkeiten geeignet.