DE3327946C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen durch einen endlagen­ festen Elektromotor angetriebenen Schubantrieb gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiger Schubantrieb ist aus dem Listenblatt 68- 2.04 "Elektromotorische Schubantriebe für Regeleinrichtun­ gen RS 10, RS 20" vom September 1981 der Hartmann Braun AG bekannt. Die Drehbewegung eines endlagenfesten Elektro­ motors wird mittels einer von diesem über ein Getriebe an­ getriebenen Spindelmutter und einer gegen Verdrehen gesi­ cherten Gewindespindel in eine schiebende Bewegung umge­ wandelt. Zur Aufnahme von Kraftspitzen ist die Mutter- Spindel-Kombination über Tellerfedern gegen das Gehäuse des Schubantriebs abgestützt. Durch die Anordnung von Tel­ lerfedern zwischen der Mutter-Spindel-Kombination und dem Gehäuse des Schubantriebs lassen sich beim Schließen eines von dem Schubantrieb betätigten Stellgliedes an der Schub­ stange des Schubantriebs entstehende Kraftüberhöhungen nur unkontrolliert begrenzen. Die Größe der Kraftüberhöhungen wird. u. a. von den Schwungmassen von Motor und Getriebe, von (in der Toleranz zulässigen) Überspannungen der Ver­ sorgungsspannung, durch veränderlichen Wirkungsgrad der Zahngetriebe und der Dreh-Schub-Wandlung sowie von Wärme­ dehnungen beeinflußt.

Aus dem DE-GM 68 06 663, der DE-AS 11 99 088 und der DE-PS 11 31 477 sind Schubantriebe bekannt, die von nicht endlagenfesten Elektromotoren angetrie­ ben werden. Diese Elektromotoren müssen abgeschaltet werden, wenn eine End­ lage erreicht ist oder wenn eine Überlastung, z. B. durch Blockieren eines an den Schubantrieb angekuppelten Gerätes, auftritt.

Bei dem DE-GM 68 06 663 erfolgt die Abschaltung in den Endlagen rein wegab­ hängig über zwei Endschalter. Für eine Abschaltung im Überlastfall, d. h. bei einer Stellung zwischen den Endlagen, sind zwei weitere Schalter vorgesehen.

Bei dem Schubantrieb nach der DE-AS 11 99 088 erfolgt die Abschaltung beim Öffnen wegabhängig über einen ersten Schalter. Beim Schließen erfolgt zunächst eine Geschwindigkeitsumschaltung wegabhängig über einen zweiten Schalter. Die Abschaltung erfolgt danach kraftabhängig über einen dritten Schalter, wobei eine Feder die auf das an den Schubantrieb angekuppelte Gerät einwirkende Schließkraft in einen zu dieser proportionalen Weg für die Betätigung des dritten Schalters umformt. Diese Feder dient jedoch nicht zu einer Begrenzung der auf das angekuppelte Gerät einwirkenden Schließkraft.

Bei dem in der DE-PS 11 31 477 dargestellten Schubantrieb treibt der Motor eine in axialer Richtung verschiebbar gelagerte und durch Federn in der Mittel­ stellung gehaltene Gewindestange an. Die Gewindestange treibt über eine Spindelmutter eine Schub- und Zugstange an, die parallel zu der Gewindestange angeordnet ist. Läßt sich die Schub- und Zugstange beim Erreichen der Endlage des Hubweges nicht mehr weiterbewegen während sich der Motor noch weiter dreht, so verschiebt sich die Gewindestange gegen die Kraft einer Feder und öffnet dabei einen Schalter, der den Motor abschaltet.

Aus der CH-PS 6 01 744 ist ein Schubantrieb mit in axialer Richtung festgehal­ tener drehbarer Spindelmutter und in axialer Richtung verschiebbarer nicht drehbarer Gewindestange bekannt. Bei diesem Schubantrieb ist eine Rutschkupp­ lung zur Drehmomentbegrenzung vorgesehen. Wie in der CH-PS 6 01 744 weiter aus­ geführt ist, ist die Verwendung von Rutschkupplungen zur Begrenzung des Dreh­ momentes wegen der dabei entstehenden Wärme problematisch. Aus diesem Grund werden Rutschkupplungen üblicherweise nur eingesetzt, um die nach dem Abschal­ ten des Motors aufgrund der Schwungmassen noch vorhandene Restenergie zu ver­ nichten. Dazu kommt, daß Rutschkupplungen nicht zum exakten Einstellen einer Maximalkraft geeignet sind.

Die DE-PS 11 94 654 zeigt den Aufbau einer Rutschkupplung, in der zur Ein­ stellung des Rutschmomentes eine Tellerfeder zusammen mit Stellschrauben dienen. Die Vorspannung der Tellerfeder wird über die Stellschrauben einmal entsprechend dem gewünschten Rutschmoment eingestellt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schubantrieb der eingans ge­ nannten Art so zu verbessern, daß auf die Schubstange des Schubantriebs ein­ wirkende Kraftüberhöhungen auf einstellbare Werte begrenzbar sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Die Erfindung erlaubt es, die maximale Schließ­ kraft eines von dem Schubantrieb angetriebenen Stellgliedes auf vorgegebene Werte einzustellen. Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schubantriebs ist im Anspruch 2 gekennzeichnet.

Die Erfindung ist im folgenden anhand eines in der Zeich­ nung dargestellten Ausführungsbeispiels, näher erläutert. Um die Zeichnung übersichtlicher zu halten, sind die für den Zusammenbau des Schubantriebs erforderlichen Teilungs­ fugen des Gehäuses und der Antriebshülse für die Spindel­ mutter nicht dargestellt.

Die Zeichnung zeigt einen vereinfachten Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Schubantrieb. Ein in der Zeich­ nung nicht dargestellter endlagenfester Elektromotor treibt über ein Getriebe, von dem in der Zeichnung nur das letzte Zahnrad 1 dargestellt ist, eine Antriebshülse 2, in der eine Spindelmutter 3 gehalten wird. Die Umset­ zung der drehenden Bewegung in eine geradlinige Bewegung erfolgt mit Hilfe einer Kugelspindel 4, die den oberen Teil einer Schubstange 5 bildet. Die Ausgestaltung von Ge­ windespindel 4 und Spindelmutter 3 als Kugelspindeltrieb verbessert den Wirkungsgrad gegenüber der Verwendung von Trapezspindeln. Die Antriebshülse 2 wird in dem Gehäuse 6 des Schubantriebs in radialer Richtung über ein Radialla­ ger 7 sowie über ein Nadellager 8 und die Spurscheibe 9 a eines zweiseitig wirkenden Axialrollenlagers 9 gehalten. In axialer Richtung wird die Antriebshülse 2 in dem Ge­ häuse 6 des Schubantriebs über zwei Tellerfedern 10 und 11 gehalten. Die Tellerfedern 10 und 11 stützen sich mit ihrem inneren Umfang an der Spurscheibe 9 a des zweiseitig wirkenden Axialrollenlagers 9 ab und stützen sich mit ihrem äußeren Umfang an Vorsprüngen des Gehäuses 6 ab. Die Tellerfedern 10 und 11 sind gegeneinander vorge­ spannt. Sie wirken in entgegengesetzter Richtung und hal­ ten die Antriebshülse 2 bei unbelasteter Schubstange 5 in der in der Zeichnung dargestellten Mittellage. Die Ku­ gelspindel 4 ist mit einer geschlitzten Anschlagmutter 12 versehen, über die eine Klemmvorrichtung 13 greift. Durch Festziehen einer Schraube 14 der Klemmvorrichtung 13 wird eine Relativbewegung zwischen der Anschlagmutter 12 und der Kugelspindel 4 verhindert. Die Klemmvorrichtung 13 trägt eine Rolle 15, die in einer Nut 16 des Gehäuses 6 geführt ist. Die in der Nut 16 geführte Rolle 15 dient als Verdrehsicherung für die Kugelspindel 4 und die Schubstange 5. In der Antriebshülse 2 sind zwei weitere Tellerfedern 17 und 18 sowie ein Axialrollenlager 19 an­ geordnet, die ein federndes Anschlaglager für die An­ schlagmutter 12 bilden. Die Tellerfedern 17 und 18 wir­ ken in derselben Richtung. Sie haben eine steilere Fe­ derkennlinie (d. h. sie sind härter) als die Tellerfedern 10 und 11. Die Tellerfedern 17 und 18 verhindern ein zu hartes Anschlagen der Anschlagmutter 12 auf das Axialrol­ lenlager 19 und damit eine zu große Beanspruchung der Kugelspindel 4. Das Axialrollenlager 19 verhindert ein Verklemmen von Anschlagmutter 12 und der Tellerfeder 17 beim Anschlagen.

Für die Erläuterung der Funktionsweise des erfindungsge­ mäßen Schubantriebs wird davon ausgegangen, daß die Schubstange 5 des Schubantriebs mit einem in der Zeich­ nung aus Platzgründen nicht dargestellten Ventil verbun­ den ist und daß die Anschlagmutter 12 bereits entspre­ chend der gewünschten maximalen Stellkraft eingestellt ist. Die Einstellung der Anschlagmutter 12 auf die ge­ wünschte maximale Stellkraft wird weiter unten beschrie­ ben. Sobald die Schubstange 5 den Ventilsitz geschlossen hat, erhöht sich die Schließkraft durch weitere Umdrehun­ gen der Antriebshülse 2 und der Spindelmutter 3. Da die Schubstange 5 jetzt auf dem Ventilsitz aufliegt, bewegen sich bei weiteren Umdrehungen der Antriebshülse 2 diese und die Spindelmutter 3 entgegen der Kraft der Tellerfe­ dern 10 und 11 nach oben, bis die Anschlagmutter 12 auf das Axialrollenlager 19 aufschlägt und - nach geringfügi­ ger Durchbiegung der Tellerfedern 17 und 18 - eine wei­ tere Aufwärtsbewegung der Antriebshülse 2 und der Spin­ delmutter 3 verhindert. Wie schon oben ausgeführt, sind die Tellerfedern 17 und 18 härter als die Tellerfedern 10 und 11. Aus diesem Grund ergibt sich die maximale auf den Ventilsitz einwirkende Stellkraft im wesentlichen aus der Durchbiegung der Tellerfedern 10 und 11 beim Anschlagen der Anschlagmutter 12 an das Axialrollenlager 19 und der Federkennlinie der Tellerfedern 10 und 11. Dabei ist zu berücksichtigen, daß die Tellerfeder 10 zusätzlich bela­ stet und die Tellerfeder 11 teilweise entlastet ist.

Im folgenden ist eine Möglichkeit zur Einstellung der ma­ ximalen Stellkraft beschrieben. Hierzu wird der Schuban­ trieb so über einer Kraftmeßdose montiert, daß das freie Ende der Schubstange auf der Kraftmeßsonde aufliegt. Nach Lösen der Schraube 14 der Klemmvorrichtung 13 läßt sich die Anschlagmutter 12 gegenüber der Kugelspindel 4 ver­ drehen. Die Anschlagmutter 12 weist einen Schlitz 12 a auf, der die Drehung der Anschlagmutter 12 mit einem Schraubendreher erleichtert. Dieser Schlitz dient gleich­ zeitig als Hilfsmittel für die Anzeige des Winkels, um den die Anschlagmutter 12, ausgehend von einer Bezugsla­ ge, gedreht worden ist. In einem ersten Schritt wird die Anschlagmutter 12 soweit wie möglich auf der Kugelspindel 4 nach oben gedreht. In einem zweiten Schritt wird die Schubstange soweit ausgefahren, daß sie mit der Stell­ kraft Null gerade auf der Meßdose aufliegt. In einem drit­ ten Schritt wird die Anschlagmutter 12 bis zum Anschlag an das Axialrollenlager 19 nach unten gedreht. Die Stel­ lung des Schlitzes 12 a dient jetzt als Bezugslage für die folgenden Drehungen der Anschlagmutter 12. Die Anschlag­ mutter 12 wird jetzt um einen vorgegebenen Winkel von z. B. 15° nach oben gedreht und durch Anziehen der Schraube 14 mit der Kugelspindel 4 verklemmt. Danach läßt man den Schubantrieb gegen die Kraftmeßdose laufen. Die beim An­ schlagen der Anschlagmutter 12 auf die Kraftmeßdose ein­ wirkende Kraft ist die dem vorgegebenen Drehwinkel der An­ schlagmutter entsprechende maximale Stellkraft. Durch wei­ tere Drehung der Anschlagmutter und Messung der zugehöri­ gen maximalen Stellkraft ergibt sich eine Meßreihe für den Zusammenhang zwischen Drehwinkel der Anschlagmutter 12 aus der Bezugslage und der maximalen Stellkraft. Der so ermit­ telte Zusammenhang zwischen Drehwinkel und maximaler Stellkraft gilt für alle baugleichen Schubantriebe. Ist der Schubantrieb mit einem Ventil verbunden, genügt es jetzt, bei gelöster Anschlagmutter 12 und vorspannungslos geschlossenem Ventilsitz die Anschlagmutter 12 gegen das Axialrollenlager 19 zu drehen, um die Bezugslage der An­ schlagmutter 12 zu erhalten, und danach die Anschlagmutter 12 um den der gewünschten maximalen Stellkraft entspre­ chenden Drehwinkel nach oben zu drehen und die Schraube 14 der Klemmvorrichtung 13 anzuziehen.

Claims (2)

1. Durch einen endlagenfesten Elektromotor angetriebener Schubantrieb, bei dem die Drehbewegung des Elektromotors mittels einer in einer Antriebshülse gehaltenen Spindelmutter und einer gegen Verdrehen gesicherten Gewindespindel in eine schiebende Bewegung umgewandelt wird und bei dem die Spindelmutter zur Aufnahme von Kraftspitzen über Tellerfedern gegen das Gehäuse des Schub­ antriebs abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Gewindespindel (4) eine einstellbare Anschlagmutter (12 ) trägt,
• - daß die Antriebshülse (2) für die Spindelmutter ( 3) mit einem gefederten Anschlaglager (17, 18, 19) für die Anschlagmutter (12) versehen ist, dessen Federkennlinie steiler als diejenige der Tellerfedern (10, 11) ist, und daß das gefederte Anschlaglager (17, 18, 19) aus mindestens einer Feder (17, 18) und einem Axialrollenlager (19) besteht, das ein Verklemmen von Anschlag­ mutter (12) und Feder (17, 18) verhindert, und
• - daß die Tellerfedern (10, 11) und das gefederte Anschlaglager (17, 18, 19) zusammen mit der Anschlagmutter (12) die Stellkraft des Schubantriebs be­ grenzen.

2. Schubantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• - daß das gefederte Anschlaglager (17, 18, 19) aus mindestens einer weiteren Tellerfeder (17, 18) besteht.