DE2813256A1

DE2813256A1 - Elektrisch betriebene linearbetaetigungsvorrichtung

Info

Publication number: DE2813256A1
Application number: DE19782813256
Authority: DE
Inventors: Alec John Heap
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1977-06-17
Filing date: 1978-03-28
Publication date: 1978-12-21
Also published as: IT7849883A0; FR2394682A1

Description

HOFFMANN · EITLE & PARTNER

PATENTANWÄLTE DR. ING. E. HOFFMANN · DIPL.-ING. W. EITLE · DR. RER. N AT. K. HOFFMAN N · DIPL.-ING. W. LEH N D-8000 MÖNCHEN 81 · AR AB E LLASTRASS E 4 (STER N H AU S) · TE LE FON (089) 911087 · TELEX 05-29619 (PATHE)

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LUCAS INDUSTRIES., BIRMINGHAM / ENGLAND

Elektrisch betriebene Linearbetätigungsvorrichtung

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Elektrisch betriebene Linearbetätigungsvorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrisch betriebene Linearbetätigungsvorrichtung, die insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, zur Betätigung einer Brennstoff-Abschaltvorrichtung einer Dieselbrennkraftmaschine vorgesehen ist.

Eine Linearbetätigungsvorrichtung gemäß der Erfindung weist einen Vorrichtungskörper und eine relativ zu dem Vorrichtungskörper linear bewegbare Achse auf, welche an eine zu betätigende Vorrichtung anschließbar gestaltet ist, wobei ein Elektromotor an dem Vorrichtungskörper abgestützt ist, dessen Abtrieb über eine Schraubenantriebsverbindung mit der Achse gekuppelt ist, so daß durch die Betätigung des Motors die Achse axial in der einen Richtung aus einer Ruheposition in eine Betriebsposition bewegt wird, in welcher die Achse von einem Elektromagneten gehalten wird, der an dem Vorrichtungskörper abgestützt ist.

Vorzugsweise ist eine elektrische Schaltereinrichtung vorgesehen, welche von der ihre Betriebsposition erreichenden Achse zur Aberregung des Motors betätigbar ist.

Bevorzugt wird die Achse in ihre Ruheposition von einer Feder zurückbewegt, sobald der Elektromagnet aberregt ist.

Die beiliegende Zeichnung ist eine schematische Schnittdarstellung einer elektrisch betriebenen Linearbetätigungsvor-

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richtung gemäß eines Ausführungsbeispieles der Erfindung.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, enthält die Linearbetätigungsvorrichtung einen rohrförmig hohlen Betätigungskörper 1 1 , in welchem eine Achse 12 gleitend gelagert ist. Die Achse 12 erstreckt sich aus dem einen Ende des Vorrichtungskörpers 11 für den Anschluß an eine zu betätigende Vorrichtung heraus. Benachbart zu dem einen Ende des Vorrichtungskörpers 1 1 ist ein die Achse 12 umgebender Elektromotor 13 angeordnet/ dessen Abtrieb von einer Hohlnabe 14 gebildet ist, welche sich axial durch den Vorrichtungskörper IT erstreckt und durch welche die Achse 12 verläuft. Mit der Nabe 14 drehbar sind drei in gleichen Winkeln im Abstand voneinander angeordnete Stählkugeln vorgesehen, von denen eine bei 16 dargestellt ist. Die drei Kugeln sind in entsprechenden Löchern in der Nabe 14 aufgenommen und stehen daraus bis in den Eingriff mit einer dreigängigen Schnellgangsschraube 17 hervor, welche an der Achse 12 zwischen ihren Enden gebildet ist. Die Kugeln sind gegen die radial nach außen gerichtete Bewegung an einer Messingbuchse 15 gehalten, so daß die Kugeln mit der Nabe 14 umlaufen. Der Motor 13 umfaßt einen Stator 13a, welcher ein Dauermagnetstator sein kann, und einen drahtbewickelten Rotor 13b, welcher fest an der Nabe 14 abgestützt ist. Ein Kommutator 13c, dessen Segmente elektrisch an die Wicklung des Rotors 13b angeschlossen sind, ist ebenfalls fest an der Nabe 14 abgestützt, jedoch axial vom Rotor 13b im Abstand angeordnet. Ein paar Bürsten 18 sind unter Federkraft radial in Eingriff mit dem Kommutator 13c gedrückt und dienen in üblicher Weise zur Leitung elektrischer Energie zu der Wicklung des Rotors.

Eine Druckschraubenfeder 19 wirkt zwischen dem einen Ende des Vorrichtungskörpers 11 und einem Anschlag 21 an der Achse, so daß die Achse in der Zeichnung nach rechts gedrückt wird. An

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ihrem dem Anschlag 21 abgewendeten Ende trägt die Achse 12 einen Elektromagnetanker 22, welcher unter der Wirkung der Feder 19 an einer festen Abstützung 23 anliegt, welche an dem Vorrichtungskörper 11 abgestützt ist. Durch den Anschlag zwischen .dem Anker 22 und der Abstützung 23 ist das Ausmaß begrenzt, um welches die Achse 12 aus dem Vorrichtungskörper unter der Wirkung der Feder 19 herausragen kann, so daß in dieser Weise eine Ruheposition für die Achse 12 relativ zu dem Vorrichtungskörper 11 definiert ist. Ein flexibler Faltenbalg 24 greift mit seinem einen Ende an der Achse 12 und mit seinem anderen Ende an dem Vorrichtungskörper 11 an und dient dazu, den herausragenden Schraubteil 17 der Achse 12 und die Feder 19 einzuhüllen und daher zu schützen. An dem dem Motor 13 abgewendeten Ende des Vorrichtungskörpers 11 ist ein Elektromagnet 25 angeordnet. Der Elektromagnet 25 ist auf eine zylindrische Kernhülse 26 gewickelt, welche hohl ist und mit ihrer Achslinie koaxial mit der Achslinie des Vorrichtungskörpers 11 und der Achse 12 verläuft. In die Kernhülse 26 erstreckt sich an ihrem einen Ende der Anker 22 und an ihrem entgegengesetzten Ende ein Pol 27 des Elektromagneten. Der Pol 27 ist mit einer Durchgangsöffnung versehen, in welcher eine Stößelstange 28 gleitend aufgenommen ist. An dem dem Motor 13 abgewendeten Ende des Elektromagneten ist ein Kontaktträger 29 aus Isoliermaterial ausgebildet, welcher ein Paar fester Kontakte 31 trägt. Die festen Kontakte 31 wirken mit einem bewegbaren überbrückungskontakt 32 zusammen, welcher an dem Ende der Stößelstange 28 abgestützt ist. Zwischen einem Enddeckel des Vorrichungskörpers 11 und dem Überbrückungskontakt 32 wirkt eine Feder 33, durch welche der überbrückungskontakt 32 in Eingriff mit den. Kontakten 31 gedrückt wird. Das dem Kontakt 32 abgewendete Ende der Stößelstange 28 ragt aus dem Pol 27 hervor, so daß es von dem Anker 22 betätigbar ist.

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Der elektrische Kreis des Motors 13 läuft über die festen Kontakte 31, so daß der Motor nur erregt sein kann, wenn der Überbrückungskontakt 32 die Kontakte 31 überbrückt.

Der Betrieb der Linearbetätigungsvorrichtung ist wie folgt: Es wird davon ausgegangen, daß die Achse 12 sich unter der Wirkung der Feder 19 in ihrer Ruhestellung befindet und axial in eine Betriebsstellung bewegt werden soll, indem die Achse 12 in den Vorrichtungskörper 11 zurückgezogen wird. Die Bedienungsperson bewirkt die Betätigung der Betätigungsvorrichtung dadurch, daß sie einen entfernt angeordneten elektrischen Schalter betätigt, welcher der Linearbetätigungsvorrichtung zugeordnet ist. Durch das Schließen des Schalters werden die Wicklungen des Elektromagneten und auch der Motor 13 erregt. In diesem Stadium ist der Erregungskreis des Motors über den überbrückungskontakt 32 geschlossen, welcher mit den Kontakten 31 in Berührung steht. Der Motor wird in dieser Weise betätigt, so daß sein Abtrieb sich dreht, wodurch die Kugeln 16 gedreht werden. Die Drehrichtung ist derart, daß durch das Zusammenwirken der Kugeln 16 und des Schraubenteils 17 der Achse diese axial nach links in der Zeichnung getrieben wird, wodurch die Achse in den Vorrichtungskörper zurückgezogen wird. Die Achse kann sich nur axial bewegen, weil sie gegen eine Drehung gehalten ist und die Kugeln 16 gegen eine axiale Bewegung gehalten sind.

Anfänglich ist der Spalt zwischem dem Pol 27 und dem Anker 22 sehr groß, so daß die Wirkung des Elektromagneten 25, selbst wenn er erregt ist, auf den Anker 22 verhältnismäßig gering ist. Wenn jedoch der Anker 22 dem Pol 27 als Ergebnis der Betätigung des Motors 13 näher kommt, wird die Anziehung zwischen dem Pol und dem Anker größer. Kurz bevor der Anker

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22 den Pol 27 berührt, greift der Anker 22 an dem hervorstehenden Ende der Stößelstange 28 an und bewegt die Stösselstange 28 und somit den Kontakt 23 entgegen der Wirkung der Feder 33, wodurch der Erregungskreis des Motors 13 unterbrochen wird und dieser aberregt wird. Daher wird die Achse 12 von dem Motor nicht mehr axial bewegt. An dieser Stelle der Bewegung des Ankers 22 auf den Pol 27 zu ist jedoch die Anziehungskraft zwischen dem Pol 27 und dem Anker 22 aus der Erregung des Elektromagneten ausreichend, um den Anker 22 und die Achse 12 entgegen der Wirkung der Feder 19 zu halten. Solange daher der Elektromagnet erregt bleibt, ist die Achse 12 in ihrer Betriebsstellung gehalten.

Durch die Aberregung des Elektromagneten 25, was beispielsweise durch die Unterbrechung des Erregungskreises an dem externen Schalter durch die Bedienungsperson geschieht, verschwindet die Anziehungskraft zwischen dem Pol 27 und dem Anker 22, so daß die Feder 19 die Achse 12 und den Anker 22 in die Ruheposition zurückführt. Es ist ersichtlich, daß während der Rückführbewegung der Abtrieb des Motors 15 durch die Axialbewegung der Achse 12 sich dreht. Die Feder 19 ist hinreichend stark, um den Widerstand gegen die Drehung des Motors zu überwinden. Der Abtrieb des Motors und die Kugeln 16 sind derart ausgelegt, daß der Widerstand gegen die Bewegung minimiert ist.

Es sind Linearbetätigungsvorrichtungen bekannt, welche ähnliche Funktionen ausführen, wobei jedoch die gesamte Bewegung der Achse 12 unter der Wirkung eines Elektromagneten erfolgt.

Bei solchen Anordnungen ist es erforderlich, einen Elektromagneten ähnlich dem Elektromagneten 25 zum Halten der Achse in ihrer Betrxebsposition zu verwenden, wobei es zusätzlich

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jedoch erforderlich ist, einen sehr viel größeren Elektromagneten vorzusehen, welcher eine hinreichend große Kraft erzeugt, daß die Achse 12 aus ihrer Ruheposition in ihre Betriebsposition bewegt wird. Da der axiale Bewegungsweg für die Achse groß ist, muß ein solcher Elektromagnet eine beträchtlich große Kraft erzeugen, so daß er selbst groß sein muß und eine große Kupfermenge für seine Konstruktion haben muß. Durch die Verwendung eines kleinen und einfachen Elektromagneten nur als Haltemagnet, der mit einem Elektromotor zusammenwirkt, welcher die Achse aus ihrer Ruheposition in ihre Betriebsposition bewegt, ist eine beträchtliche Kupfermenge eingespart, so daß auch der Aufwand geringer ist im Vergleich mit einer nur elektromagnetisch betriebenen Linearbetätigungsvorrichtung.

In einer praktischen Ausführungsform der beschriebenen Konstruktion wird die Linearbetätigungsvorrichtung verwendet, eine Brennstoff-Steuervorrichtung für eine Dieselbrennkraftmaschine zu betätigen. Die Achse 12 ist an eine Brennstoff-Abschaltvorrichtung angelenkt. In der Ruhestellung der Achse 12 ist die Vorrichtung so wirksam, daß der Brennkraftmaschine kein Brennstoff zugeführt werden kann. Der Bedienungsperson der Brennkraftmaschine steht ein Steuerschalter zur Verfügung, der, üblicherweise mit einem Schlüssel betätigbar_f eine Ausschaltstellung, in welcher sämtliche der Diesel-Brennkraftmaschine zugeordneten elektrischen Kreise abgeschaltet sind, beispielsweise die Kreise eines von einem Dieselmotor angetriebenen Fahrzeugs, eine Einschaltstellung für den Dieselmotor, in welcher die Brennkraftmaschine laufen kann, und eine Startposition aufweist, in welche der Schalter bewegt wird, um den Anlasser der Brennkraftmaschine zu betätigen.

In der Abschaltposition des mit dem Schlüssel betätigten Schalters ist keiner der elektrischen Kreise der Linearbetätigungsvorr ichtung erregt, so daß die Betätigungsvorrich-

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tung sich in ihrer Ruheposition befindet, wodurch die Brennstoff-Steuervorrichtung die Brennkraftmaschine von der Brennstoffzufuhr trennt. In der Betriebsposition des Schalters sind der Elektromagnet 25 und der Motor 13 erregt, und wenngleich die Achse 12 sich in ihrer Ruhestellung befindet, so daß der Spalt zwischen dem Anker 22 und dem Pol 27 zu groß ist, als daß der Elektromagnet 25 eine Wirkung haben könnte, wird die Achse 12 unter dem Antrieb des Motors 13 in ihre Betriebsposition bewegt, so daß die Brennstoff-Steuervorrichtung aus ihrer Abschaltposition in ihre Einschaltposition bewegt wird und daher der Brennkraftmaschine Brennstoff zugeführt werden kann.

Wenn die Achse ihre Betriebsposition erreicht, wird der Motor 13 in der oben beschriebenen Weise aberregt, während der Elektromagnet 25 erregt bleibt, so daß er die Achse 12 in ihrer Betriebsposition hält. Durch die Bewegung des mit einem Schlüssel betätigten Schalters in seine Startposition werden der Anlasser der Brennkraftmaschine und auch andere, dem Startvorgang zugeordnete Elemente erregt, beispielsweise "Heizvorrichtungen", durch welche der Startvorgang unterstützt wird.

Nachdem die Brennkraftmaschine angelassen ist, wird der schlüsselbetätigte Schalter manuell oder selbsttätig in die Betriebsposition für die Brennkraftmaschine zurückgeführt. In der Betriebsposition bleibt der Elektromagnet 25 erregt, während der Motor 13 unter der Wirkung der Kontakte 31, 32 aberregt bleibt, die oben beschrieben sind. Daher verbleibt die Achse 12 in ihrer Betriebsposition, so daß der Brennkraftmaschine Brennstoff zugeführt werden kann. Durch die manuelle Bewegung des schlüsselbetätxgten Schalters in die Abschaltposition wird der elektrische Kreis des Elektromagneten 25 unterbrochen, so daß die Achse 12 von der Feder

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19 in ihrer Ruheposition zurückbewegt wird, wodurch die Brennstoff-Steuervorrichtung in ihre Abschaltposition bewegt wird _r so daß die Brennstoffzufuhr zu der Brennkraftmaschine unterbrochen wird. Daher wird die Brennkraftmaschine abgeschaltet.

Es ist ersichtlich, daß die Verwendung der Linearbetätigungsvorrichturig, die oben beschrieben ist, nicht auf die Anwendung bei der oben beschriebenen Brennstoff-Steuervorrichtung beschränkt ist.

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Leerseite

Claims

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Elektrisch betriebene Linearbetätigungsvorrichtung

Ansprüche

!Elektrisch betriebene Linearbetätigungsvorrichtung,dadurch gekennzeichnet, daß in einem Vorrichtungskörper eine zu diesem linear bewegbare Achse gelagert ist, welche an eine zu betätigendeVorrichtung anschließbar ist, daß an dem Vorrichtungskörper ein Elektromotor abgestützt ist, dessen Abtrieb über einen Schraubantrieb mit der Achse gekuppelt ist, so daß durch Betätigung des Motors die Achse axial in der einen Richtung aus einer Ruheposition in eine Betriebsposition bewegbar ist, und daß an dem Vorrichtungskörper ein Elektromagnet abgestützt ist, welcher derart angeordnet ist, daß er die Achse in ihrer Betriebsposition hält. ■.'■■.■-
2.. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrische Schaltvorrichtung von der

: ihre Betriebsposition erreichenden Achse zum Abschalten des Motors betätigbar ist.

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3. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse in ihre Ruheposition nach Aberregung des Elektromagneten mittels einer Feder rückstellbar ist.

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