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Elektromechanische Verstellvorrichtung Man hat in .rnannigfacher Weise
versucht, die Drehbewegung eines Elektromotors in eine Hin-I undherbewegung eines
Stellgliedes umzuwandeln, um so den Motor zum Verstellen von Bremsen, Ventilen,
Schiebern, Pressen od. dgl. benutzen zu können.
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Als besonders vorteilhaft haben sich hierbei die elektrohydraulischen
Verstellvorrichtungen erwiesen, die durchweg aus einem elektrischen Antriebsmotor,
einer von diesem angetriebenen Kreiselpumpe sowie einem von der Druckflüssigkeit
der Pumpe beaufschlagten Stellkolben bestehen, wobei Motor, Pumpe und Stellkolben
mit dem zugehörigen Flüssigkeitsbehälter zu einer Baueinheit zusammengefaßt sind.
Bekannt sind ferner elektromechanische Verstellvorrichtungen, bei denen der Motor
Fliehgewichte antreibt, deren Zentrifugalkräfte für die Verstellbewegung ausgenutzt
werden. Bei einer anderen Gattung elektromechanischer Verstellvorrichtungen treibt
der Motor über eine Planetenübersetzung auf einen rollen-oder kugelgelagerten Kolben,
wobei die Drehbewegung des Kolbens durch einen Gewindetrieb in eine Hinundherbewegung
umgewandelt wird.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine elektromechanische Verstellvorrichtung,
die einen elektrischen Antriebsmotor und einen von diesem über ein Verzahnungsgetriebe
angetriebenen Stellkolben aufweist. Die Erfindung kennzeichnet sich im wesentlichen
dadurch, daß in die Antriebsübertragurig vom Motor zum Stellkolben eine elektromagnetische
Kupplung geschaltet ist.
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Eine solche Anordnung gibt bei einfachem Aufbau die Möglichkeit, den
elektrischen Antriebsmotor durchlaufen zu lassen und die Einleitung und die Beendigung
des Stellvorganges lediglich
durch Einsehalten bzw. Abschalten der Magnetkupplungvorzunehmen.
DerMotorbraucht infolgedessen nicht bei jedem Verstellvorgang beschleunigt und wieder
verzögert zu werden, und die Vorrichtung ist daher für Verstellvorgänge hoher Schalthäufigkeit
und Schaltgeschwindigkeit besonders geeignet. Hinzu kommt, daß zum Ein- und Ausschalten
der Magnetkupplung geringe Steuerströme genügen, wodurch die Fernsteuerung deraitiger
Verstellvorrichtungen wesentlich erleichtert und vereinfacht wird.
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Ein beachtlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung
liegt ferner darin, daß ohne großen Mehraufwand ein Antrieb des Stellkolbens in
beiden Richtungen möglich ist, indem z. B. zwei Kupplungswellen mit je einer
Magnetkupplung vorgesehen werden, wobei eine Welle den Stellkolben in der einen
Bewe-ungsrichtung und die andere Welle den Kolben in der anderen Bewegungsrichtung
antreibt, je nachdem welche der beiden `Kupplungen eingeschaltet ist. Besondere
beim Arbeitshub gespannte Rückstellfedern sind entbehrlich. Der Motor braucht infolgedessen
auch nur für die Verstelleistung ausgelegt zu werden und wird daher beträchtlich
verkleinert.
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Als elektromagnetische Schaltkupplung kommt mit besonderem Vorteil
eine Magnetpulverkupplung zur Anwendung, die sich durch ein magnetisierbares Kupplungsmedium
auszeichnet, das unter dem Einfluß eines Magnetfeldes je nach dem Grad der Erregung
die beiden Kupplungsteile fest miteinander verbindet oder * einen Schlupf
derselben bis zu iool/o zuläßt. Das magnetisierbare Kupplungsmedium kann mit oder
ohne eine oxydationsverhindernde Beimischung benutzt werden. Mit Vorteil wird ein
Gemisch von öl und Carbonyleisenpulver verwendet, und zwar je nach
dem gewünschten Kupplungseffekt in Mischungsverhältnissen von etwa i: io bis 1:
2.
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,Die Verwendung der Magnetpulverkupplung gibt im vorliegenden Fall
die Möglichkeit, die Verstellvorrichtung als Folgesteuergerät bzw. als Folgeregler
einzusetzen, indem durch Änderung der Erregung der Kupplungsschlupf derart einsteuerbar
gemacht wird, daß jeder Erregerleistung eine ganz bestimmte Stellung des Stellkolbens
entspricht. Die Sollstellung und die Iststellung des Stellkolbens können in diesem
Fall mittels einer Brückenschaltung od. dgl. miteinander verglichen werden, wobei
der Stellkolben so lange angetrieben wird, bis die Iststellung mit der Sollstellung
übereinstimmt. Bei einem Antrieb des Stellkolbens in zwei Bewegungsrichtungen werden
die Spulen der beiden Magnetpulverkupplungen zwischen die Abgriffe der Ist- und
Sollwerteinsteller geschaltet, wobei in Reihe zu - den Kupplungsspulen
je ein richtungsempfindlicher Trockengleichrichter liegt, und zwar derart,
daß die eine Spule nur in der einen Stromflußrichtung und die andere nur in der
anderen Stromflußrichtung erregt wird.
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Weitere Kennzeichen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels. In der
Zeichnung zeigt Fig. i einen Längsschnitt der Vorrichtung, und zwar im wesentlichen
nur den linken Teil derselben, während der rechte, zu dem linken praktisch symmetrische
Teil, weggelassen ist; Fig. :2 gibt das zugehörige Schaltschema wieder. Es bezeichnet
io den Elektromotor, dessen Welle ii über das Zahnradpaar 12, 13 mit der Eingangswelle
14 der linken Magnetpulverkupplung 15 verbunden ist. Die rechte Magnetpulverkupplung
ist mit 16 angedeutet. Die nicht gezeigte Eingangswelle derselben wird über das
Zahnradpaar 17, iS von der Xtipplungswelle 14 angetrieben, und zwar in umgekehrter
Drehrichtung zu dieser. Die Ausgangswelle ig der Magnetpulverkupplung 15 trägt einen
Zahnkranz 2o, der mit der Innenverzahnung :21 eines die Kupplungen 15 und 16 umschließenden
zylinderförmigen Zahnrades 2:2 im Eingriff steht. Das drehbar gelagerte Zylinderrad
22 hat am Außenumfang eine Schraubverzahnung 23, in die ein Schraubgewinde
24 eingreift, das in den Stellkolben 25 eingeschnitten ist.
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Der Stellkolben 25 ist also als Ringmutter ausgebildet, von
der in der Zeichnung nur die linke Hälfte gezeigt ist. Der Kolben 25 ist
im Gehäuse 26 geführt, die Kolbenstangen 27 sind im Zwischendeckel
28 geführt. Die oberen Enden der K olbenstangen 27 sind in ähnlicher
Weise wie bei den elektrohydraulischen Verstellvorrichtungen über den Motor io hinaus
verlängert und dort durch ein Querjoch verbunden, da-s eine gleichachsig zur Motorwelle
14 verlaufende zentrale Stellstange aufweist. Das Gehäuse 26 umschließt die
beiden Magnetpulverkupplungen nebst ihren Wellen und zugehörigen Zahnrädern sowie
den Stellkolben. Auf dem Deckel 29 des Gehäuses 26 ist der Motor io befestigt.
Das Ganze bildet so eine geschlossene Baueinheit.
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Die beiden Magnetpulverkupplungen 15 und 16 werden, wie die Zeichnung
erkennen läßt, von dem becherförmigen Außenteil 30 und dem zylindrischen
Innenteil 31 gebildet, wobei der Becher 30 fliegend auf der Kupplungseingangswelle
14 und der Zy-
linder fliegend auf der Kupplungsausgangswelle ig befestigt
ist. Die Anordnung kann naturgemäß auch eine umgekehrte sein.
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Der Zylinder 31 trägt an seinem Umfang die Magnetspule 32,
der der Erregerstrom über Schleifringe oder auf induktivem Wege zugeleitet wird.
Die beiden Kupplungsteile 30 und 31 sind in einer oben und unten abgedichteten
Bohrung des Zylinderrades 22 untergebracht. Diese Bohrung ist mit dem magnetisierbaren'Kupplungsmedium,
also beispielsweise mit einem Öl-Carbonyleisenpulver-Gemisch derart gefüllt, daß
der Spalt zwischen den Kupplungsteilen 30 und 3 1 mit dem Gemisch
ausgefüllt ist.
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Wird die Magnetspule 32 erregt, so wird die Viskosität des
Öl-Pulver-Gemisches unter dem Einfluß der magnetischen Kraftlinien erheblich gesteigert.
Das Gemisch wird bei steigender Feldstärke fester und fester, wodurch ein mehr und
mehr wachsendes Drehmoment zwischen den beiden Kupplungsteilen 30 und 31
übertragen wird. Die
Ausgangswelle ig wird auf diese Weise mit der
Eingangswelle i-1 verbunden. Die Drehbewegung des dauernd unilaufenden Motors io
wird damit über den Zahnkranz 2o, die Innenverzahnung 21, das Zylinderrad22, die
Außenverzahnung23 desselben und das Schraubgewinde24 auf den Stellkolben
25 übertragen, so daß dieser eine Verstellbewegung nach oben ausführt. Die
Drehrichtung der einzelnen Übertragungsglieder ist dabei durch Pfeile angedeutet.
Hat der Kolben 25 die gewünschte Stellung erreicht, so wird die Kupplung
15 abgeschaltet. Soll der Kolben 25 zurückgeführt werden, so wird
an Stelle der Kupplung 15 die Kupplung 16 eingeschaltet. Das Zylinderrad
22 wird nunmehr in umgekehrter Drehrichtung angetrieben, und der Kolben
25 wird in seine Ausgangslage zurückgeholt, Soll die Vorrichtung als Fol
'gestenergerät bzw. als Folgeregler benutzt werden, so kann dies mit einer in Fig.
2 schematisch angegebenen Brückensteuerung geschehen. In dieser Brückenschaltung
sind 33 der Sollstellungsspannungsteiler, 34 der Iststellungsspannungsteiler,
35 und 36 die zugehörigen Abgriffe, 32a und 32b die
zwischen die beiden Abgriffe geschalteten Magnetspulen der beiden Kupplungen und
37 und 38 z#. die in Reihe zu diesen liegenden richtungsempfindlichen Trockengleichrichter.
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In dem dargestellten Schaltzustand befindet sich die Brücke im Gleichgewicht,
keine der Spule11 32a und 32b ist erregt, die beiden Kupplungen 15
und 16
sind also ausgeschaltet. Soll jetzt beispielsweise der Stellkolben
25 aus der in Fig. i gezeigten unteren Ausgangslage nach oben bewegt werden,
so wird der Abgriff 35 des Sollstellungsspannungsteilers
33 nach oben verschoben. Das Gleichgewicht der Brücke wird dadurch gestört,
die Spule 3:2a
wird über den Gleichrichter 37 erregt, und zwar so lange,
bis der mit dem Stellkolben 25 gekuppelte Abgriff 36 des Iststellungsspannungsteilers
34 die "leiche CY Stellung wie der Abgriff 35 erreicht hat.
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Soll der Stellkolben:25 von dieser eingesteuerten Stellung nach unten
zurückgeführt werden, so wird der Abgriff 35 nach oben verschoben. Dadurch
wird jetzt die Spule 3:2b erregt, bis wieder ein neuer Gleichgewichtszustand erreicht
ist.
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Der Stellkolben 25 folgt also automatisch jeder Steuerbewegung
des Sollstellungsspannungsteilers 33, und zwar uni den jeweils vorgesehenen
Betrag. Die Gegeneinanderschaltung der richtungsempfindlichen Trockengleichrichter
37 und 38 bewirkt dabei, daß immer nur eine der Magnetspulen 32a und
32b
erregt werden kann. Die Verstellung des Abgriffes 35 kann von Hand
oder auch selbsttätig abhängig von irgendeiner zu regelnden Größe erfolgen.
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In Verbindung mit der Brückenschaltung ist bei der Ausführung der
Fig. 2 zusätzlich ein Relais 39
vorgesehen. Dieses Relais 39 liegt
im Stromkreis des Motors io und dient zur Betätigung eines Kontaktes 4o im Stromkreis
der MagnetsPulen 32a und 32b.
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Liegt der Motor an voller Spannung, so ist der Kontakt -lo
geschlossen. Bleibt während des Betriebes aus irgendei ' nein Grunde, z.
B.'Netzausfall, der Motorstrom aus, so fällt das Relais 39 ab, der Kontakt
4o wird geöffnet und die Zuleitung zum Iststellungsspannungsteiler 33 wird
damit unterbrochen. Es wird dann nur noch die Magnetspule 3:2a erregt, wodurch der
Stellkolben :25 mit auslaufendem Motor in die richtige Ausgangslage zurückgeführt
wird. Soll die andere Endlage der Ausgangslage gewählt werden, so müßte die andere
Zuleitung zum Iststellungsspannungsteiler 33 unterbrochen werden.
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Zur Erhöhung der Auslaufzeit des Motorankers kann diesem eine Schwungscheibe
aufgesetzt werden. Es ist weiterhin vorteilhaft, die Speisung der beiden Spannungsteiler
33 und 34 getrennt vom Motor abzusichern.